【摘要】：超導(dǎo)材料的零電阻、完全抗磁性使其具有廣闊的應(yīng)用前景,引起了人們對如何提高超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度的研究熱情。經(jīng)過多年探索,人們發(fā)現(xiàn)了處于液氮溫區(qū)的銅氧化物超導(dǎo)體,但是直到現(xiàn)在,仍然沒有形成公認(rèn)的理論來闡明超導(dǎo)機(jī)制,嚴(yán)重制約了超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。繼銅氧化物超導(dǎo)材料之后,鐵基超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)為探索超導(dǎo)機(jī)制理論提供了新的方向。本文基于密度泛函理論,運(yùn)用第一性原理對屬于1111體系的三種材料ThFeAsN、LaFeAsO、SrFeAsF的晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、彈性力學(xué)性能和電子關(guān)聯(lián)相互作用等方面進(jìn)行了研究,探索其螢石層結(jié)構(gòu)層(ThN層、LaO層和SrF層)和FeAs層對材料性質(zhì)的影響。首先,采用GGA方法,計算了ThFeAsN、La FeAsO、SrFeAsF三種材料在零壓情況下的結(jié)構(gòu)參數(shù)、鍵的布居值和Mulliken原子布居。計算結(jié)果表明,雖然螢石層所含原子種類的不同使得三種材料有著不同的晶格參數(shù),但其FeAs層的結(jié)構(gòu)參數(shù)(鍵長、鍵角)很接近,說明FeAs層具有極強(qiáng)的空間穩(wěn)定性。在零壓狀態(tài)下,三種材料的As-Fe-As鍵角均偏離理想正四面體的鍵角值(109.47~o),這可能導(dǎo)致三種材料在非摻雜狀態(tài)下超導(dǎo)電性比較弱。同時,通過計算各原子的得失電子情況,發(fā)現(xiàn)三種材料的螢石層和FeAs層之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的共價性。三種材料在零壓狀態(tài)下的能帶結(jié)構(gòu)有著明顯不同,但都有能帶穿過費(fèi)米面,表明三種材料均表現(xiàn)出一定的金屬性;另外,三種材料費(fèi)米面附近的能帶主要由Fe 3d和As 4p軌道電子提供。彈性力學(xué)計算結(jié)果表明,三種材料均具有較好的力學(xué)穩(wěn)定性和較大的力學(xué)各向異性,ThFe AsN和LaFeAsO的硬度較高,屬于硬材料,而SrFeAsF屬于軟材料,且三種材料均具有較為優(yōu)良的韌性,有利于實(shí)際工程應(yīng)用。其次,我們研究了壓力對ThFeAsN、LaFeAsO、SrFeAsF三種材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,壓力對三種材料的晶體結(jié)構(gòu)有明顯的影響。當(dāng)壓力為30 GPa時,SrFeAs F的As-Fe-As鍵角最接近理想正四面體的鍵角,而ThFeAsN和LaFeAsO的鍵角受壓力影響較小,結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定,此外,鍵的布居值計算結(jié)果表明ThFeAsN和LaFeAsO的Fe-As鍵的共價性隨著壓力的增大而不斷增強(qiáng),而SrFeAsF的Fe-As鍵的共價性隨著壓力的增大而減弱。通過對比三種材料在不同壓力下的能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)壓力能夠明顯抑制ThFeAsN和LaFeAsO中空穴型能帶穿過費(fèi)米面。最后,采用LDA+U方法,對最新發(fā)現(xiàn)的ThFeAsN材料作了計算,主要考察電子庫倫相互作用對電子性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)其Fe 3d電子的庫倫相互作用能明顯抑制空穴型能帶穿過費(fèi)米面,并且其磁性主要由Fe原子的3d軌道提供。對鐵基超導(dǎo)體的母體材料進(jìn)行研究,是更深入地探索超導(dǎo)機(jī)制的基本出發(fā)點(diǎn),因而對母體材料的晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)等方面進(jìn)行考察,是完善超導(dǎo)機(jī)制理論的重要途徑。
【圖文】：

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文量不同，這肯定會導(dǎo)致晶格點(diǎn)陣的運(yùn)動性質(zhì)發(fā)生變化，這一粒子點(diǎn)陣之間的相互作用可能是影響超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變過程的關(guān)超導(dǎo)機(jī)制有重要意義。超導(dǎo)電性的影響世紀(jì) 20 年代，人們就發(fā)現(xiàn)了壓強(qiáng)對超導(dǎo)材料的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)。例如，半導(dǎo)體硅在差壓下是沒有超導(dǎo)電性的，但是在 12臨界轉(zhuǎn)變溫度為 6.7 K；還有鍺（Ge）同樣如此，在 115 K轉(zhuǎn)變溫度為 5.35 K；此外，，利用高壓環(huán)境，可以使鋁、鉛象，圖 1-1 表示鉛元素的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度 Tc受壓強(qiáng)的影

和超導(dǎo)都發(fā)生在這些層中；其中上下方都等距離排列，形成 Fe-A中心。根據(jù)母體化合物的構(gòu)成，元鐵砷化合物（1111 體系），例如eAsF（D=Ca、Sr）等；三元堿土鐵、Ca）等；三元堿金屬鐵砷化合物；二元鐵硫基化合物（11 體系），鐵硒化合物 AyFexSe2（A=K、Rb導(dǎo)體的研究AsO（R=La、Pr、Nd、Gd 等）是過摻雜等手段可以使其發(fā)生超導(dǎo)最高超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度（55 K）[21s 類型的晶體結(jié)構(gòu)，室溫下屬四方 c 軸交替排列，晶體結(jié)構(gòu)如圖 1-
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O511.3

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本文編號：2615098