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铁硫基超导材料FeTe_0.5Se_0.5和FeTe超导电性的第一性原理研究

作　者: 李健
导　师: 黄桂芹
学　校: 南京师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 铁基超导材料晶格动力学电-声子相互作用第一性原理
分类号: O511
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

LaFeAs(O,F)超导材料一经发现就受到了广泛的关注。这个发现后不久,在许多铁砷化合物中都发现了超导电性。除了铁砷化合物以外,铁基超导材料的研究已经延伸到了铁硫化合物。由于简单的结构和组成,铁硫基超导材料是很好的候选应用材料。铁基化合物的超导机理仍在争论中,为了更好的了解铁基超导材料的超导机理,在本文中,我们通过第一性原理计算对铁硫基化合物材料的电子结构,晶格动力学和电-声子相互作用做了研究。具体的研究工作有两个方面：1.对FeTe0.5Se0.5超导材料的研究。通过第一性原理计算,用有序和无序的结构模型研究了FeTe0.5Se0.5材料在无磁和单条纹反铁磁相下的电子结构,晶格动力学以及电-声子的相互作用。对于不同的两种结构模型,我们的计算给出相似的结果,表明FeTe0.5Se0.5材料的超导电性对于局部原子结构是不敏感的。通过比较在单条纹反铁磁相和无磁相下的声子行为,我们发现自旋-晶格相互作用能够导致声子的软化,并且能够使电-声子耦合常数λ增大50%左右。这个电-声子耦合的增强可能对超导配对起重要的作用,但是仅考虑这个机理不能解释FeTe0.5Se0.5材料高的超导转变温度Tc。2.对FeTe材料的研究。通过第一性原理计算,对纯FeTe材料在无磁相和双条纹反铁磁相下的电子结构,声子结构和电-声子相互作用做了研究。我们的电子结构的计算表明考虑磁相互作用后费米面的嵌套效应将会消失。通过比较双条纹反铁磁相和无磁相下的声子行为,我们发现自旋-晶格相互作用导致声子的软化并且使电-声子耦合常数λ增大33%左右。这一现象与单条纹反铁磁相下的铁基超导材料中的结果类似,所以我们认为声子软化与特定的基态磁序可能没有明显的联系。最后,我们从三个方面对FeTe材料中超导电性的缺失做了讨论：(1)由于实验FeTe材料中包含有额外的铁,若额外铁可以被移走的话,FeTe材料中将有可能会表现出超导电性。(2)如果铁基超导材料的超导电性是由费米面嵌套性质引起的自旋波导致的话,由于纯FeTe材料中费米面的嵌套效应的消失,那么纯FeTe材料将不会表现出超导电性。(3)对纯FeTe材料我们计算得到的电-声子耦合常数λ比对纯FeSe材料和FeTe0.5Se0.5材料计算得到的结果要大。若电-声子相互作用在超导机理中起重要作用的话,FeTe材料将有可能表现出超导电性,且其超导转变温度可能要比FeSe材料和FeTe0.5Se0.5材料的超导转变温度高。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章引言  9-16
  1.1 铁基超导体的发展  9-10
  1.2 11型铁硫基超导体的研究现状  10-14
  1.3 本文的研究目的及主要内容  14-16
第二章基本理论及计算方法  16-31
  2.1 密度泛函理论  16-24
    2.1.1 Hohenberg-Kohn定理  16-19
    2.1.2 单电子化：Kohn-Sham方程  19-21
    2.1.3 交换关联能与交换关联势  21-24
      2.1.3.1 局域密度近似(LDA)  21-22
      2.1.3.2 广义梯度近似(GGA)  22-24
  2.2 平面波赝势方法  24-28
    2.2.1 平面波方法  24-26
    2.2.2 赝势方法  26-28
  2.3 自洽场计算  28-29
  2.4 密度泛函微扰理论  29-31
第三章铁硫基超导材料FeTe_(0.5)Se_(0.5)超导电性的第一性原理研究  31-39
  3.1 计算模型及计算参数选择  31-32
  3.2 结构优化  32-33
  3.3 电子结构  33-34
  3.4 声子结构  34-37
  3.5 电-声子相互作用  37-38
  3.6 结论  38-39
第四章 FeTe材料超导电性的第一性原理研究  39-48
  4.1 计算参数的选择  39
  4.2 结果和讨论  39-46
  4.3 结论  46-48
参考文献  48-53
攻读学位期间所取得的相关科研成果  53-54
致谢  54

铁硫基超导材料FeTe0.5Se0.5和FeTe超导电性的第一性原理研究

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