一種新系列的高溫超導(dǎo)體候選材料設(shè)計(jì)與物性分析.pdf

1、目前僅有的兩大類高溫超導(dǎo)體材料(銅氧化物超導(dǎo)體和鐵基高溫超導(dǎo)體)的對比研究加深了人們對高溫超導(dǎo)體物性的理解，也為新型超導(dǎo)材料的研制提供了不少新的思路，但是截止目前仍未出現(xiàn)完善的機(jī)制可以解釋高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。更多新型的超導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)與研制必將有利于深入理解超導(dǎo)現(xiàn)象和研究高溫超導(dǎo)機(jī)理，而同時含有CuO2層和Fe2As2層的高溫超導(dǎo)體候選材料的探索則非常具備現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值，對于此類材料物性的研究預(yù)期，并與其他兩類高溫超導(dǎo)體材料的對比，將讓我們

2、理解哪些性質(zhì)是與超導(dǎo)機(jī)理具有本質(zhì)聯(lián)系的，哪些性質(zhì)是不重要的，這對形成高溫超導(dǎo)機(jī)理將會有很大推動作用。
　　 本文基于第一性原理計(jì)算設(shè)計(jì)出了同時包含CuO2層和Fe2As2層的高溫超導(dǎo)體候選母體材料A2(A=Ca，Sr，Ba)CuO2Fe2As2，給出了我們設(shè)計(jì)該系列材料的原則及思路，預(yù)估了材料的晶格常數(shù)，并分析了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能量計(jì)算證實(shí)了我們設(shè)計(jì)的A2CuO2Fe2As2材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其總能量不僅低于ACuO2與

3、AFe2AS2各自單相存在的能量之和，也低于Cu與Fe換位后的同組分物質(zhì)A2FeO2FeCuAs2的能量。
　　 針對所設(shè)計(jì)出這些高溫超導(dǎo)候選材料，本文借助于局域密度泛函理論計(jì)算了其電子結(jié)構(gòu)以預(yù)期其物理性能。計(jì)算結(jié)果顯示，該類母體材料總體上將表現(xiàn)出一定的金屬性，且結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較明顯的二維特征，其中Ca2CuO2Fe2As2與Sr2CuO2Fe2As2母體材料的晶格結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)更為接近，而Ba2CuO2Fe2As2的晶格常數(shù)顯得略

4、大，電子結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)出更強(qiáng)的二維特性和略弱的金屬性。我們還研究了元素?fù)诫s對材料物性的影響。通過與現(xiàn)有的兩類高溫超導(dǎo)體的對比，發(fā)現(xiàn)空穴摻雜導(dǎo)致的變化與鐵基超導(dǎo)體相似，電子摻雜導(dǎo)致的變化與銅氧化物高溫超導(dǎo)體更接近。注意到材料內(nèi)可能的3d電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，我們針對結(jié)構(gòu)優(yōu)化成功的晶胞結(jié)構(gòu)采用LDA+U方法，計(jì)算分析了電子在位庫倫作用能U最可能的取值及此時的材料性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)出的新型材料內(nèi)u最可能的大小為：Fe3d電子的U值在4eV附近、Cu3d電子的