J. Phys. France 41, 1009-1018 (1980)
DOI: 10.1051/jphys:019800041090100900

Electronic structure and electron-phonon interaction in aluminium hydrides

M. Gupta¹ et J.P. Burger<sup>2

1</sup>  Le Centre de Mécanique Ondulatoire Appliquée du C.N.R.S., 23, rue du Maroc, 75019 Paris and Université Paris-Sud, Bât. 510, 91405 Orsay, France
²  Laboratoire de Physique des Solides, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
The superconducting transition temperature of high dose H implanted Al samples has been found by Lamoise et al., to be higher than that of pure Al. Since experimental observations indicate the possibility of H ordering, we have studied the changes in the electronic structure and the electron-phonon interaction of pure Al upon formation of A1H and A1H 2. For this purpose, the McMillan parameter η was determined from our augmented plane wave band structure results, using the Gaspari-Gyorffy model. The metal s-p bands are rather strongly affected by the metal hydrogen interaction. For both the mono- and the dihydride, a metal-hydrogen bonding band is found at the low energy side; in addition, a hydrogen-hydrogen antibonding band appears in the dihydride, below the Fermi energy EF. Both hydrides are metallic; their density of states at EF is of the order of 25 % higher than in the pure metal. The essential results obtained for η can be summarized as follows : while at the Al site, for both the mono- and the dihydride, ηA1 decreases by about 50 % from its value in the pure metal, the values of ηH are found to be large, even larger than those of ηH in PdH ; this feature which can be essentially ascribed to the magnitude of the partial s and p densities of states at the H site makes these simple metal hydrides good candidates for superconductivity.

Résumé
Après implantation d'une forte dose d'hydrogène dans des échantillons d'aluminium, Lamoise et al. ont obtenu un accroissement de la température critique de passage à l'état supraconducteur. Puisque les observations expérimentales indiquent la possibilité d'un ordre de l'hydrogène, nous avons étudié la modification de la structure électronique et de l'interaction électron-phonon de Al pur par formation de AlH et AlH 2. A cet effet, le paramètre électronique η défini par McMillan a été obtenu à partir de nos résultats APW de structure de bande, en utilisant le modèle de Gaspari-Gyorffy. Les bandes s-p du métal sont fortement affectées par l'interaction métal-hydrogène. Pour le mono- et le dihydrure, nous trouvons à basse énergie une bande d'états liants métal-hydrogène; de plus, pour le dihydrure, une bande antiliante due à l'interaction hydrogène-hydrogène apparaît en-dessous du niveau de Fermi EF. Les deux hydrures sont métalliques ; leur densité d'états à EF est de l'ordre de 25 % plus élevée que celle du métal pur. Les principaux résultats obtenus pour η peuvent être résumés comme suit : alors qu'au site de l'aluminium, pour le mono- et le dihydrure, η Al décroît de 50 % à partir de sa valeur pour le métal pur, nous obtenons des valeurs élevées de ηH, plus fortes que celle de η H dans PdH. Ceci est essentiellement dû à la valeur des densités d'état de symétrie s et p au site de l'hydrogène et fait de ces hydrures des métaux simples, de bons candidats à la supraconductivité.

PACS
6320K - Phonon-electron and phonon-phonon interactions.
7122 - Electronic structure of liquid metals and semiconductors and their alloys.
7138 - Polarons and electron-phonon interactions.

Key words
aluminium alloys -- APW calculations -- band structure of crystalline metals -- electron phonon interactions -- electronic density of states -- interstitials -- superconducting materials