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铁基超导体电子结构和超精细相互作用的第一性原理研究

作　者: 方阳
导　师: 庞华
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 第一性原理计算 铁基超导体 超精细参数 电子结构 费米面
分类号: O511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


基于第一性原理密度泛函理论,用全势线性缀加平面波方法对铁基超导体BaFe2As2、SrFeAsF母体及K1-yFe2-xSe2体系的电子结构和超精细参数(电场梯度、超精细场和同质异能移位)进行了研究。首先,我们考察了LDA(GGA)+(?)方法下低温正交反铁磁相BaFe2As2母体的超精细参数。在GGA+U(LDA+U)交换关联下,将一负的占位库仑相互作用加于Fe-3d(?)态,当U=-0.1Ry(-0.08 Ry)时,Fe位磁矩和超精细参数的计算值与实验值吻合得很好,但由负U导致的电子结构不能重现实验测得的费米面,特别是某些费米面的细节。这表明,负U只是巧合了超精细参数和磁矩的实验值,并没能改善密度泛函理论对铁基超导电子结构的描述。计算结果显示,在反铁磁BaFe2As2母体中,其磁性、结构和电子之间存在很强的耦合,电场梯度与费米能附近电子结构密切相关。GGA交换关联下对SrFeAsF母体电子结构和电场梯度的计算结果显示,体系结构相变对SrFeAsF母体电子结构影响甚小,而当体系发生磁相变时,电子分布发生很大重组,表明在SrFeAsF母体中存在很强的电子-自旋相互作用。Vzz的计算结果显示,Vzz主要来自于费米能附近Fe-3d电子的贡献。磁相变前后费米能处态密度变化很大,N(EF)变得很小。.从费米面的拓扑结构可以看出,磁相变后SrFeAsF母体载流子密度下降明显,只剩下少量的空穴导电,这可能与实验观测到的正霍尔系数相关。最后,同样在GGA交换关联泛函下,我们对K1-yFe2-xSe2体系的电子结构和超精细参数进行了计算。与KFe2Se2不同,K1-yFe2-xSe2体系态密度费米能处的值N(EF)除了来自于dxy和dxz+yz轨道的贡献,还有dz2轨道的贡献。从反铁磁态下的态密度可知,K1-yFe2-xSe2体系处于自旋不稳定性的边缘。K1-yFe2-xSe2体系Fe位的电场梯度和超精细场比与其同构的BaFe2As2体系要大,体系价电子特性的变化对IS几乎没有影响。对电场梯度随能态变化的分析表明,K1-yFe2-xSe2体系与BaFe2As2和SrFeAsF体系有一个明显的不同,即EFG主要来自于费米能级以下0.2 eV能量范围内电子空间分布各向异性的贡献。由此可以推测,K位空穴掺杂可能会对KxFe2Se2体系费米能处的电子特性有很大影响,进而影响体系的超导电性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章: 绪论  9-16
  1.1 超导体的基本特性  9-11
    1.1.1 零电阻现象  9
    1.1.2 临界磁场H_c和临界电流Ic  9-10
    1.1.3 迈斯纳效应  10
    1.1.4 同位素效应  10
    1.1.5 约瑟夫森效应  10-11
    1.1.6 超导体的应用  11
  1.2 铁基高温超导体的发现与研究现状  11-14
  参考文献  14-16
第二章: 密度泛函理论及其计算方法  16-23
  2.1 密度泛函理论  16-21
    2.1.1 绝热近似  16
    2.1.2 Hartree-Fock近似、Hohenberg-Kohn定理和Kohn-Sham方程  16-18
    2.1.3 LDA和GGA交换关联泛函  18-20
    2.1.4 LDA+U理论方法  20-21
  2.2 全势线性缀加平面波(FLAPW)方法  21
  2.3 WIEN2k简介  21-22
  参考文献  22-23
第三章: 超精细相互作用简介  23-29
  3.1 三种超精细相互作用  23-26
    3.1.1 电单极相互作用和同质异能移  23-24
    3.1.2 电四极相互作用和电场梯度  24-25
    3.1.3 磁偶极相互作用和超精细场  25-26
  3.2 超精细参数的密度泛函计算  26-28
    3.2.1 线性缀加平面波(LAPW)方法下超精细参数计算  26-27
    3.2.2 第一性原理方法计算超精细参数的可靠性  27-28
  参考文献  28-29
第四章: BaFe_2As_2体系电子结构与超精细参数计算  29-43
  4.1 引言  29
  4.2 计算方法  29-30
  4.3 结果与讨论  30-40
    4.3.1 LDA交换关联下的电子结构  30-34
    4.3.2 LDA+U方法下的磁矩和超精细参数  34-38
    4.3.3 LDA+U方法下的电子结构和费米面  38-40
  小结  40-41
  参考文献  41-43
第五章: SrFeAsF体系磁相变前后电荷的重新布居  43-53
  5.1 引言  43-44
  5.2 计算方法  44-45
  5.3 结果与讨论  45-51
  小结  51
  参考文献  51-53
第六章: K_(1-y)Fe_(2-x)Se_2体系电子结构及超精细参数研究  53-63
  6.1 引言  53-54
  6.2 计算方法  54-55
  6.3 结果与讨论  55-61
    6.3.1 KFe_2Se_2体系的电子结构  55-56
    6.3.2 K_(0.8)Fe_(1.6)Se_2体系的电子结构  56-59
    6.3.3 K_(0.8)Fe_(1.6)Se_2体系Fe位超精细参数计算  59-61
  小结  61-62
  参考文献  62-63
总结与展望  63-65
硕士期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 低温物理学 > 超导电性
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