Fe-Se-H氢化物高压稳定结构及性质的理论研究
发布时间：2020-12-25 15:43
超导体以其独特的物理性质一直都吸引着物理学家不断地探索研究。自2008年以来,铁基超导体不断地被科学家们发现和突破进而为研究超导材料开辟了新的支路。无论是铜基氧化物还是铁基超导体的超导机制至今都还未确定,另外超导转变温度（Tc）还是比较低。所以探究铁基超导是很有必要的。从过去三十年里,纯Fe和固态氢在不同的压强下的性质被广泛的研究,发现了非常有趣的现象。而FeH化合物不断地被实验合成,理论研究也显示了有趣的物理性质。铁基超导体的电子关联具有多轨道的特征,所有五个Fe-3d轨道都参与其中。FeSe超导体由于其简单的晶体结构和独特的超导性与向列性共存,为探究铁基超导体问题提供了一个理想的平台。通过改变Fe-Se-H氢化物中Fe:Se:H的比例,可以研究FeXSeHY（X=1-2,Y=1-6）体系中铁原子和氢原子对体系的影响。在本文中,我们使用遗传算法（Genetic Algorithm–GA）结合基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算研究了FeXSeHY（X=1-2,Y=1-6...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
求解Kohn-Sham方程的流程图
青岛大学硕士学位论文13图2.2GA结合TB或DFT结构优化方法进行结构搜索流程图2.7超导电性2.7.1Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论超导材料具有特殊的零电阻效应和迈斯纳效应，它的应用将为科学节省了一大部分能源，为此，人们也急切掌握它内在的机制。1957年Bardeen、Cooper、Schrieffer共同发表了著名的BCS理论[47]，为此大多数铜氧化合物和纯金属元素的超导现象都得到了充分的解释。BCS超导理论认为金属中自旋和动量相反的电子在费米面附近的位置可以两两结成电子对，叫做库伯对，这种库伯对在晶格当中可以无损耗的运动，与晶格之间不会发生能量交换，形成超导电流，也因此没有电阻效应。而库伯电子对内部有相互吸引作用是因为彼此之间的声子交换产生的。2.7.2超导临界温度的计算方法在BCS理论中，关于超导转变温度Tc的计算公式如下：T1.14exp(1/(0))cDNV2-(25)在这个公式中，D表示德拜（Debye）频率，而交换声子产生的电子对势用V代表，用N0表示在费米面附近的电子态密度。BCS理论从微观上解释了部分超导现象，例如传统超导体，对于发展至今所发现的高温超导体却仍然不适用。随后，Eliashberg在电声相互作用细节基础上，运用格林函数方法，考虑了有限声子频率带来的推迟效应，发展了BCS理论，得出了含有超导临界温度Tc的Eliashberg方程。之后发现要想求出某些材料的超导临界温度，需要求解Eliashberg方程，但是Eliashberg方程求解的复杂性也带来了一定
青岛大学硕士学位论文14的困难。因此，McMillan通过观察实验进一步对Eliashberg方程进行适当简化得到了“半经验”的Tc公式，即McMillan公式[48]。对于大部分物质的超导，McMillan公式都可以给出合理的解释。但是对于电声耦合常数大于1的物质，McMillan公式并不适用。于是，为了解决这一问题，Allen和Dynes进一步通过数值计算给出了近似的Tc公式，合理描述电声耦合常数<1.5的超导材料，也能够适用于更多的体系。如今，我们所用的QuantumEspresso软件也采用了Allen-Dynes的Tc近似公式计算超导转变温度。具体的公式的发展过程如图2.3所示。图2.3超导Tc计算公式的发展2.8MaterialsStudio程序MaterialsStudio(MS)是Accelrys公司设计的能够直接在计算机运行并高效的对材料进行研究的分子模拟软件[49]，为我们提供了模块化的环境，每种模块都包含不同的模拟方法，材料设计以及性质研究，我们可以根据自己的需要对模块进行不同的选择。MS系列软件核心的部分是Visualizer这个模块，这个图形界面可以通过File->Import->Structure选择所要搭建的晶体结构类型，再经过超晶胞扩展对所搭建的结构进行对称性，基矢的三边长度以及坐标的输入。还可以根据所需调整晶体结构的维度甚至可以通过选择Visualizer模块中的MakeP1来降低超晶胞的对称性。除此之外，还可以根据系统中原有的晶体数据库选择自己所需要的二维或三维模型，并且三维是可视化的。在我们所研究的体系中用的做多的模块是MS中的CASTEP模块，它是根据密度泛函理论得来并且用平面波赝势方法描述。在这里可以优化结
本文编号：2937944
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
求解Kohn-Sham方程的流程图
青岛大学硕士学位论文13图2.2GA结合TB或DFT结构优化方法进行结构搜索流程图2.7超导电性2.7.1Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理论超导材料具有特殊的零电阻效应和迈斯纳效应，它的应用将为科学节省了一大部分能源，为此，人们也急切掌握它内在的机制。1957年Bardeen、Cooper、Schrieffer共同发表了著名的BCS理论[47]，为此大多数铜氧化合物和纯金属元素的超导现象都得到了充分的解释。BCS超导理论认为金属中自旋和动量相反的电子在费米面附近的位置可以两两结成电子对，叫做库伯对，这种库伯对在晶格当中可以无损耗的运动，与晶格之间不会发生能量交换，形成超导电流，也因此没有电阻效应。而库伯电子对内部有相互吸引作用是因为彼此之间的声子交换产生的。2.7.2超导临界温度的计算方法在BCS理论中，关于超导转变温度Tc的计算公式如下：T1.14exp(1/(0))cDNV2-(25)在这个公式中，D表示德拜（Debye）频率，而交换声子产生的电子对势用V代表，用N0表示在费米面附近的电子态密度。BCS理论从微观上解释了部分超导现象，例如传统超导体，对于发展至今所发现的高温超导体却仍然不适用。随后，Eliashberg在电声相互作用细节基础上，运用格林函数方法，考虑了有限声子频率带来的推迟效应，发展了BCS理论，得出了含有超导临界温度Tc的Eliashberg方程。之后发现要想求出某些材料的超导临界温度，需要求解Eliashberg方程，但是Eliashberg方程求解的复杂性也带来了一定
青岛大学硕士学位论文14的困难。因此，McMillan通过观察实验进一步对Eliashberg方程进行适当简化得到了“半经验”的Tc公式，即McMillan公式[48]。对于大部分物质的超导，McMillan公式都可以给出合理的解释。但是对于电声耦合常数大于1的物质，McMillan公式并不适用。于是，为了解决这一问题，Allen和Dynes进一步通过数值计算给出了近似的Tc公式，合理描述电声耦合常数<1.5的超导材料，也能够适用于更多的体系。如今，我们所用的QuantumEspresso软件也采用了Allen-Dynes的Tc近似公式计算超导转变温度。具体的公式的发展过程如图2.3所示。图2.3超导Tc计算公式的发展2.8MaterialsStudio程序MaterialsStudio(MS)是Accelrys公司设计的能够直接在计算机运行并高效的对材料进行研究的分子模拟软件[49]，为我们提供了模块化的环境，每种模块都包含不同的模拟方法，材料设计以及性质研究，我们可以根据自己的需要对模块进行不同的选择。MS系列软件核心的部分是Visualizer这个模块，这个图形界面可以通过File->Import->Structure选择所要搭建的晶体结构类型，再经过超晶胞扩展对所搭建的结构进行对称性，基矢的三边长度以及坐标的输入。还可以根据所需调整晶体结构的维度甚至可以通过选择Visualizer模块中的MakeP1来降低超晶胞的对称性。除此之外，还可以根据系统中原有的晶体数据库选择自己所需要的二维或三维模型，并且三维是可视化的。在我们所研究的体系中用的做多的模块是MS中的CASTEP模块，它是根据密度泛函理论得来并且用平面波赝势方法描述。在这里可以优化结
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