“111”系列鐵基超導體的聲子譜計算和第Ⅱ類超導體磁通熔化相變研究.pdf

1、鐵基超導化合物的發(fā)現開辟了非常規(guī)超導電性研究的新課題，也為第Ⅱ類超導體的磁通動力學行為以及相圖的研究提供了新的方向。本文研究了“111”系列鐵基超導化合物A1-δFePn(A=Li，Na;Pn=As，P)的非常規(guī)超導電性，以及無序超導薄膜的峰值效應和量子融化相變。這兩方面內容是凝聚態(tài)物理研究的最新課題。
　　 第一部分:我們采用超胞模型基于密度泛函微擾理論方法研究了“111”系列鐵基超導體A1-δFePn的結構以及電、聲子譜性質

2、，通過比較非磁態(tài)(NM)和條形反鐵磁基態(tài)(SAF)的結構畸變，磁漲落特性和自旋-聲子耦合效應，得到以下結論:
　　 (1)“111”系列鐵基超導體AFePn的基態(tài)為磁漲落的條形反鐵磁態(tài)。各向異性的自旋-格子互作用引起晶格結構從四方到正交畸變和原子位置的馳豫，導致了SAF態(tài)下Fe-Pn鍵的伸長。對于LiFeAs，NaFeAs和LiFeP，dFe-Pn(SAF)和dFe-pn(NM)的差值分別為0.022(A)，0.038(A)和0

3、.002(A)。
　　 (2)比較計算得到的NM態(tài)和SAF態(tài)電子能帶結構，在考慮到各向異性自旋互作用后，費米面附近的電子雜化能帶分裂，產生贗能隙，Fe-3d電子巡游性減小局域性增大。
　　 (3)用SAF態(tài)下的結構參數計算得到中低頻區(qū)的聲子振動模式B3g和Ag(1)發(fā)生軟化。這是由于Fe-Pn鍵長的增大，Fe原子和Pn原子之間的力常數減小，導致了Fe、Pn原子在平面方向和垂直方向相對振動模式頻率的軟化。由于聲子軟化以及電

4、聲子矩陣元的重整化，使得LiFeAs，NaFeAs和LiFeP的電聲子耦合強度λ值分別提高了68％，65％和0.9％。對于LiFeAs，λ值從0.25增加到0.42;對于NaFeAs，λ值從0.24增加到0.39;而對于LiFeP，由于其內部微弱的自旋-聲子互作用，λ值僅從0.212增加到0.214。
　　 (4)我們計算了Li/Na原子空缺摻雜后A1-δFePn(=0.25)在條形反鐵磁基態(tài)下的結構弛豫以及電、聲子譜性質的變化

5、。與“1111”和“122”系列鐵基化合物相同，自摻雜效應使電子巡游性增加，局域性減弱，大的磁漲落抑制了反鐵磁自旋密度波，產生超導電性。
　　 (5)在空缺超導體A1-δFePn(δ=0.25)中，由于各向異性自旋-格子互作用使得晶胞的a，b軸減小，Fe-Fe互作用矩陣元增強。空缺效應很大的增強了電聲子耦合譜函數強度α2F（ω）。聲子譜計算發(fā)現，空缺摻雜后三種材料的對稱性下降，一些簡并的譜函數產生分裂，譜函數的能量寬度加寬了。中

6、、低頻區(qū)和部分高頻區(qū)的聲子頻率發(fā)生軟化，部分高頻區(qū)的聲子頻率硬化，同時譜函數α2F（ω）普遍增強。我們得到的電聲子耦合強度（Li0.75FeAs，λ=0.97;Na0.75FeAs，λ=0.78;Li0.75FeP，λ=0.27），其中Li0.75FeAs和Na0.75FeAs的電聲子耦合強度均提高到了強耦合，使得計算得到的空缺超導體A1-δFePn(δ=0.25)最大超導轉變溫度與實驗值較為相符。我們的工作首次提出空缺效應和自旋-格子

7、互作用提高的電聲子耦合機制可以解釋“111”系列鐵基化合物的超導電性。
　　 第二部分:我們發(fā)展了電阻阻銼結(RSJ)近似的二維無序約瑟夫森結陣列(JJA)模型，數值模擬(T=0)時無序超導薄膜中電流驅動的渦旋運動。研究磁阻銼f激發(fā)的渦旋運動的動力學相變，臨界電流的峰值效應和量子渦旋融化性質。得到以下結論:
　　 (1)通過分析磁阻銼f激發(fā)的渦旋運動的臨界電流密度曲線Ic-f，系統平均渦旋度曲線Ne-f，及低頻電壓噪聲曲

8、線S0-f曲線，我們劃分出渦旋格子的釘扎的稀磁渦旋液相(PDVL)，渦旋玻璃相(VG)，布拉格玻璃相(BG)以及量子渦旋液相(QVL)。
　　 (2)從計算得到的Ic-f和S0-f曲線中我們發(fā)現臨界電流和低頻電壓噪聲存在兩個峰值效應(PE:peakeffect)，一個峰值在中低磁場fpL處，另一個在高磁場下的動力學融化場fm、dyn處。在這兩個特征磁場處，Ic和S0均存在極大值，表明在峰值處存在渦旋格子的有序-無序相變。在中等磁