新型层状铁基超导体的电子性质

发布时间：2018-06-01 15:46

本文选题：铁基超导体 + 磁性　；参考：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：本论文的主要内容是通过第一性原理方法研究新型铁基超导体的电子结构来揭示其高温超导机制,阐明电子结构的细微差别对超导性质的影响。分别研究了三种不同类型的铁基超导体：块体的112型CaFeAs_2和1111型CaFeAs H,以及生长在SrTiO_3衬底上的11型FeSe单层薄膜。本论文共分为五章1.绪论本章主要篇幅用来介绍固体中的超导概念,包括：超导的宏观,微观理论.其中着重于BCS理论,并介绍了与高温超导体中对超导配对机制紧密相关的电荷密度波和自旋密度波的概念,最后介绍了本文重点研究的铁基超导体的概念,其中包括铁基超导与传统超导的不同,目前研究中存在的问题以及本论文的研究动机。2.密度泛函理论本章介绍了密度泛函理论,包括密度泛函理论相关模型，，定理和重要的方程,密度泛函理论的发展历程,以及目前的研究现状和应用情况。3.层状CaFeAs_2和Ca_(0.75)(Pr/La)_(0.25)FeAs_2的磁性和电子结构本章应用第一性原理方法研究了新型铁基超导体CaFeAs_2的磁性和电子性质。我们发现CaFeAs_2的基态是由费米面嵌套驱动的条纹反铁磁态。每个Fe原子的磁矩约为2.1“B。我们还计算了电子掺杂相CaFeAs_2的电子结构和磁结构,得出自旋密度波(SDW)序会由于La/Pr的掺杂而受到抑制。砷层作为间隔层存在,其中的As是负一价的,它的作用是通过增加FeAs层之间的距离从而起到增强材料二维特性和自旋涨落,从而增加配对力的作用。预示了Ca_(0.75)(Pr/La)_(0.25)FcAs_2相对CaFeAs_2具有更高的Tc4.氢在CaFeAsH铁基超导体电子性质中的作用本章我们为了研究H-和F-等价离子掺杂的不同影响,计算了CaFeAsH中H被F替代前后,以及不同替代量的能带、态密度、费米面以及电荷密度差等电子结构性质。发现掺氢使体系形成一条非常规的具有强色散的能带,在费米能级下出现一个特殊的范霍夫奇异性,导致CaFeAsH的三维特征费米面不同于钙铁砷氟(CaFeAsF)。这种独特的电子结构特征可能都会对提高超导电性具有非常重要的影响。同时,通过进一步计算CaFeAsH的磁基态和对费米面嵌套分析,可以证明其基态为条纹反铁磁相；针对实验上的掺杂浓度,我们发现La或Co掺杂会明显抑制CaFeAsH的费米面嵌套,破坏母相的磁有序态，从而导致体系出现超导。5.单层FeSe薄膜与SrTiO_3衬底之间的电子耦合本章我们研究了生长在SrTiO_3衬底上的单层FeSe薄膜高达65-100K超导临界温度的超导机制。角分辨光电子谱(ARPES)得出的结果表明,在布里渊区中心处没有任何空穴型费米面,大家普遍认为是发生了电子掺杂导致的,可能的来源包括氧空穴,铁缺陷或硒缺陷,或者是衬底的新结构例如有两层TiO2边界层。因为掺杂的水平大约是5%的氧空位,因此仍然有不小的接近化学计量的FeSe-SrTiO_3界面区域存在。我们验证了界面实际的相互作用,发现FeSe的费米能级被O的px,py表面能带钉扎住了。为了理解可能由于衬底的电子光学模导致的角分辨光电子谱实验上发现的副本能带,对FeSe层中的布里渊区中心光学模的影响也进行了研究,发现沿z方向极化的LO模式对体系的影响很大,Fe的d能带对应的费米能级被钉扎住了,而SrTiO_3的能带受到内部电场的影响发生了移动。通过对衬底电子掺杂,得出当Ti的掺杂量x=0.10时,Ti1的能带依旧不是满占据的,提供了0.6 eV的Schottky势垒。另外,对Se子晶格的合金方式混合是一种对体系相对适度的微扰手段,因此利用S,Te和N对Se和O的替代效应也做了研究。
[Abstract]:In this paper , the magnetic and electronic properties of the novel iron - based superconductor CaFeAs _ 2 have been studied by the first principle method . The magnetic and electronic properties of the novel Fe - based superconductor have been studied . The energy band of Ti1 is still not fully occupied , providing a Schottky barrier of 0.6 eV . In addition , the alloy mode of Se sublattice is a relatively modest means of perturbation to the system , so the substitution effect of S , Te and N on Se and O is also studied .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26

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