1111体系铁基高温超导体的第一性原理研究

发布时间：2020-04-05 13:49

【摘要】：超导材料的零电阻、完全抗磁性使其具有广阔的应用前景,引起了人们对如何提高超导临界转变温度的研究热情。经过多年探索,人们发现了处于液氮温区的铜氧化物超导体,但是直到现在,仍然没有形成公认的理论来阐明超导机制,严重制约了超导技术的发展和应用。继铜氧化物超导材料之后,铁基超导材料的发现为探索超导机制理论提供了新的方向。本文基于密度泛函理论,运用第一性原理对属于1111体系的三种材料ThFeAsN、LaFeAsO、SrFeAsF的晶体结构、电子性质、弹性力学性能和电子关联相互作用等方面进行了研究,探索其萤石层结构层(ThN层、LaO层和SrF层)和FeAs层对材料性质的影响。首先,采用GGA方法,计算了ThFeAsN、La FeAsO、SrFeAsF三种材料在零压情况下的结构参数、键的布居值和Mulliken原子布居。计算结果表明,虽然萤石层所含原子种类的不同使得三种材料有着不同的晶格参数,但其FeAs层的结构参数(键长、键角)很接近,说明FeAs层具有极强的空间稳定性。在零压状态下,三种材料的As-Fe-As键角均偏离理想正四面体的键角值(109.47~o),这可能导致三种材料在非掺杂状态下超导电性比较弱。同时,通过计算各原子的得失电子情况,发现三种材料的萤石层和FeAs层之间表现出较强的共价性。三种材料在零压状态下的能带结构有着明显不同,但都有能带穿过费米面,表明三种材料均表现出一定的金属性;另外,三种材料费米面附近的能带主要由Fe 3d和As 4p轨道电子提供。弹性力学计算结果表明,三种材料均具有较好的力学稳定性和较大的力学各向异性,ThFe AsN和LaFeAsO的硬度较高,属于硬材料,而SrFeAsF属于软材料,且三种材料均具有较为优良的韧性,有利于实际工程应用。其次,我们研究了压力对ThFeAsN、LaFeAsO、SrFeAsF三种材料的晶体结构和电子性质的影响。结果表明,压力对三种材料的晶体结构有明显的影响。当压力为30 GPa时,SrFeAs F的As-Fe-As键角最接近理想正四面体的键角,而ThFeAsN和LaFeAsO的键角受压力影响较小,结构相对比较稳定,此外,键的布居值计算结果表明ThFeAsN和LaFeAsO的Fe-As键的共价性随着压力的增大而不断增强,而SrFeAsF的Fe-As键的共价性随着压力的增大而减弱。通过对比三种材料在不同压力下的能带结构,发现压力能够明显抑制ThFeAsN和LaFeAsO中空穴型能带穿过费米面。最后,采用LDA+U方法,对最新发现的ThFeAsN材料作了计算,主要考察电子库伦相互作用对电子性质的影响,发现其Fe 3d电子的库伦相互作用能明显抑制空穴型能带穿过费米面,并且其磁性主要由Fe原子的3d轨道提供。对铁基超导体的母体材料进行研究,是更深入地探索超导机制的基本出发点,因而对母体材料的晶体结构、电子性质等方面进行考察,是完善超导机制理论的重要途径。
【图文】：

变化图,变化图,临界转变温度,超导电性

电子科技大学硕士学位论文量不同，这肯定会导致晶格点阵的运动性质发生变化，这一粒子点阵之间的相互作用可能是影响超导临界转变过程的关超导机制有重要意义。超导电性的影响世纪 20 年代，人们就发现了压强对超导材料的超导临界转。例如，半导体硅在差压下是没有超导电性的，但是在 12临界转变温度为 6.7 K；还有锗（Ge）同样如此，在 115 K转变温度为 5.35 K；此外，，利用高压环境，可以使铝、铅象，图 1-1 表示铅元素的超导临界转变温度 Tc受压强的影

晶体结构,砷化合物,三元,元铁

和超导都发生在这些层中；其中上下方都等距离排列，形成 Fe-A中心。根据母体化合物的构成，元铁砷化合物（1111 体系），例如eAsF（D=Ca、Sr）等；三元碱土铁、Ca）等；三元碱金属铁砷化合物；二元铁硫基化合物（11 体系），铁硒化合物 AyFexSe2（A=K、Rb导体的研究AsO（R=La、Pr、Nd、Gd 等）是过掺杂等手段可以使其发生超导最高超导临界转变温度（55 K）[21s 类型的晶体结构，室温下属四方 c 轴交替排列，晶体结构如图 1-
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O511.3

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