發(fā)布時間：2020-12-25 15:43

　　超導(dǎo)體以其獨(dú)特的物理性質(zhì)一直都吸引著物理學(xué)家不斷地探索研究。自2008年以來,鐵基超導(dǎo)體不斷地被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)和突破進(jìn)而為研究超導(dǎo)材料開辟了新的支路。無論是銅基氧化物還是鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制至今都還未確定,另外超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（T_c）還是比較低。所以探究鐵基超導(dǎo)是很有必要的。從過去三十年里,純Fe和固態(tài)氫在不同的壓強(qiáng)下的性質(zhì)被廣泛的研究,發(fā)現(xiàn)了非常有趣的現(xiàn)象。而FeH化合物不斷地被實(shí)驗(yàn)合成,理論研究也顯示了有趣的物理性質(zhì)。鐵基超導(dǎo)體的電子關(guān)聯(lián)具有多軌道的特征,所有五個Fe-3d軌道都參與其中。FeSe超導(dǎo)體由于其簡單的晶體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的超導(dǎo)性與向列性共存,為探究鐵基超導(dǎo)體問題提供了一個理想的平臺。通過改變Fe-Se-H氫化物中Fe:Se:H的比例,可以研究Fe_XSeH_Y（X=1-2,Y=1-6）體系中鐵原子和氫原子對體系的影響。在本文中,我們使用遺傳算法（Genetic Algorithm–GA）結(jié)合基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計(jì)算研究了Fe_XSeH_Y（X=1-2,Y=1-6... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：49 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

求解Kohn-Sham方程的流程圖

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文13圖2.2GA結(jié)合TB或DFT結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)搜索流程圖2.7超導(dǎo)電性2.7.1Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理論超導(dǎo)材料具有特殊的零電阻效應(yīng)和邁斯納效應(yīng)，它的應(yīng)用將為科學(xué)節(jié)省了一大部分能源，為此，人們也急切掌握它內(nèi)在的機(jī)制。1957年Bardeen、Cooper、Schrieffer共同發(fā)表了著名的BCS理論[47]，為此大多數(shù)銅氧化合物和純金屬元素的超導(dǎo)現(xiàn)象都得到了充分的解釋。BCS超導(dǎo)理論認(rèn)為金屬中自旋和動量相反的電子在費(fèi)米面附近的位置可以兩兩結(jié)成電子對，叫做庫伯對，這種庫伯對在晶格當(dāng)中可以無損耗的運(yùn)動，與晶格之間不會發(fā)生能量交換，形成超導(dǎo)電流，也因此沒有電阻效應(yīng)。而庫伯電子對內(nèi)部有相互吸引作用是因?yàn)楸舜酥g的聲子交換產(chǎn)生的。2.7.2超導(dǎo)臨界溫度的計(jì)算方法在BCS理論中，關(guān)于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc的計(jì)算公式如下：T1.14exp(1/(0))cDNV2-(25)在這個公式中，D表示德拜（Debye）頻率，而交換聲子產(chǎn)生的電子對勢用V代表，用N0表示在費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度。BCS理論從微觀上解釋了部分超導(dǎo)現(xiàn)象，例如傳統(tǒng)超導(dǎo)體，對于發(fā)展至今所發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體卻仍然不適用。隨后，Eliashberg在電聲相互作用細(xì)節(jié)基礎(chǔ)上，運(yùn)用格林函數(shù)方法，考慮了有限聲子頻率帶來的推遲效應(yīng)，發(fā)展了BCS理論，得出了含有超導(dǎo)臨界溫度Tc的Eliashberg方程。之后發(fā)現(xiàn)要想求出某些材料的超導(dǎo)臨界溫度，需要求解Eliashberg方程，但是Eliashberg方程求解的復(fù)雜性也帶來了一定

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文14的困難。因此，McMillan通過觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對Eliashberg方程進(jìn)行適當(dāng)簡化得到了“半經(jīng)驗(yàn)”的Tc公式，即McMillan公式[48]。對于大部分物質(zhì)的超導(dǎo)，McMillan公式都可以給出合理的解釋。但是對于電聲耦合常數(shù)大于1的物質(zhì)，McMillan公式并不適用。于是，為了解決這一問題，Allen和Dynes進(jìn)一步通過數(shù)值計(jì)算給出了近似的Tc公式，合理描述電聲耦合常數(shù)<1.5的超導(dǎo)材料，也能夠適用于更多的體系。如今，我們所用的QuantumEspresso軟件也采用了Allen-Dynes的Tc近似公式計(jì)算超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。具體的公式的發(fā)展過程如圖2.3所示。圖2.3超導(dǎo)Tc計(jì)算公式的發(fā)展2.8MaterialsStudio程序MaterialsStudio(MS)是Accelrys公司設(shè)計(jì)的能夠直接在計(jì)算機(jī)運(yùn)行并高效的對材料進(jìn)行研究的分子模擬軟件[49]，為我們提供了模塊化的環(huán)境，每種模塊都包含不同的模擬方法，材料設(shè)計(jì)以及性質(zhì)研究，我們可以根據(jù)自己的需要對模塊進(jìn)行不同的選擇。MS系列軟件核心的部分是Visualizer這個模塊，這個圖形界面可以通過File->Import->Structure選擇所要搭建的晶體結(jié)構(gòu)類型，再經(jīng)過超晶胞擴(kuò)展對所搭建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對稱性，基矢的三邊長度以及坐標(biāo)的輸入。還可以根據(jù)所需調(diào)整晶體結(jié)構(gòu)的維度甚至可以通過選擇Visualizer模塊中的MakeP1來降低超晶胞的對稱性。除此之外，還可以根據(jù)系統(tǒng)中原有的晶體數(shù)據(jù)庫選擇自己所需要的二維或三維模型，并且三維是可視化的。在我們所研究的體系中用的做多的模塊是MS中的CASTEP模塊，它是根據(jù)密度泛函理論得來并且用平面波贗勢方法描述。在這里可以優(yōu)化結(jié)


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