高溫超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)基因理論和臨界拓?fù)浒虢饘俨牧?/H1>
發(fā)布時間：2017-12-29 18:14
本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)基因理論和臨界拓?fù)浒虢饘俨牧?/strong> 出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
更多相關(guān)文章： 非常規(guī)超導(dǎo)體 拓?fù)湎?/b> 第一性原理計算
【摘要】：自銅基和鐵基高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來,非常規(guī)高溫超導(dǎo)體的配對機制成為了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中一個大的挑戰(zhàn)。關(guān)于高溫超導(dǎo)機制,有各種討論,至今沒有統(tǒng)一的定論。造成以上現(xiàn)象的因素很多,如材料本身的復(fù)雜性、豐富的物理相圖以及缺乏精確可靠的理論計算方法。然而,除了這些原因,還有一個主要的原因:理論上缺乏一些基本原則來指導(dǎo)尋找新的高溫超導(dǎo)體。是否從理論上能夠給出有效的指導(dǎo)來發(fā)現(xiàn)第三類高溫超導(dǎo)體呢?我們認(rèn)為是可以的,原因如下分析。首先,通過對鐵基高溫超導(dǎo)多年的研究,已經(jīng)給出了許多有價值的實驗和理論數(shù)據(jù),我們認(rèn)為銅基和鐵基高溫超導(dǎo)應(yīng)該具有共同的超導(dǎo)機制;銅基和鐵基高溫超導(dǎo)具有許多共同的特征,同時也有一些不同的性質(zhì),這些相似性和差異性能給我們提供一些有價值的思路。其次,從過去的研究中,很清楚地發(fā)現(xiàn),高溫超導(dǎo)材料是很稀少的;對于目前發(fā)現(xiàn)的兩類高溫超導(dǎo)體,他們的超導(dǎo)電性穩(wěn)定地存在于Cu02層和FeAs/Se層。這種穩(wěn)定性和稀少性表明非常規(guī)高溫超導(dǎo)對電子環(huán)境有特殊的要求,這種特殊的電子環(huán)境可以定義高溫超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)基因。因此,我們可以通過電子結(jié)構(gòu)基因來尋找高溫超導(dǎo)材料。通過研究這兩類高溫超導(dǎo)體,我們提出兩條基本原則來統(tǒng)一理解銅基和鐵基高溫超導(dǎo)體:第一條是對應(yīng)原則,主要是說短程的磁交換相互作用和費米面共同協(xié)作來獲得高溫超導(dǎo)以及決定超導(dǎo)配對對稱性;第二條是選擇性磁配對原則,超導(dǎo)是由超交換引起的反鐵磁耦合導(dǎo)致的,這種超交換是由陽離子-陰離子-陽離子化學(xué)鍵形成的而不是由直接的陽離子d軌道化學(xué)鍵產(chǎn)生的。這兩條原則對以下問題給予了統(tǒng)一的解釋:為什么銅基是d波超導(dǎo)以及鐵基是s波超導(dǎo)。在這兩條原則的指導(dǎo)下,我們預(yù)測了兩類高溫超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)基因。第一類是以三角雙錐配位通過共享頂角而構(gòu)成的二維六角晶格。d7電子填充結(jié)構(gòu)滿足我們提出的基本原則,而且能實現(xiàn)高溫超導(dǎo)。如果擁有這種結(jié)構(gòu)的Co2+/Ni3+基的新材料能夠合成,那么這類材料具有d土id配對對稱性,而且其最高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度會超過鐵基超導(dǎo)體。第二類是以四面體配位通過頂角共享形成二維四方晶格,這個結(jié)構(gòu)只有鐵基超導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一套子格子。當(dāng)d軌道填充數(shù)為7時,費米能級附近的電子結(jié)構(gòu)主要是由tzg軌道貢獻。我們預(yù)測這類高溫超導(dǎo)體具有d波配對對稱性,而且最高Tc能高于鐵基超導(dǎo)。根據(jù)提出的兩類可能高溫超導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元:三角雙錐配合物和頂點共享的四面體配合物,通過卡里普索(CALYPSO)結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件和第一性原理計算來預(yù)測可能的高溫超導(dǎo)材料。第一類預(yù)測的材料是三維和二維Mg2CoO3,通過比較不同預(yù)測結(jié)構(gòu)的基態(tài)能,三維a-Mg2CoO3和二維e-Mg2CoO3是最穩(wěn)定的。為了進一步確定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,我們也對a(e)-Mg2CoO3晶體結(jié)構(gòu)做了聲子譜計算,在整個布里淵區(qū)中沒有虛頻。我們也計算了 a(e)-Mg2CoO3的電子結(jié)構(gòu),和YNiO3的電子結(jié)構(gòu)一致,而且滿足我們提出的兩個基本原則。第二類預(yù)測的材料是 A2O2CoSe2(A=La,Ce,Tm)和 R2F2CoSe2(R=Ca,Sr,Ba)。通過計算基態(tài)能和聲子譜,A2O2CoSe2-Ⅰ和R2F2CoSe2-Ⅰ是最穩(wěn)定的,而且電子結(jié)構(gòu)也和YNiO3一致。因此,這些預(yù)測材料是高溫超導(dǎo)的候選者。除了材料預(yù)測,我們在數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)一個材料BaCoSO,它的晶體結(jié)構(gòu)接近我們提出的第二類高溫超導(dǎo)結(jié)構(gòu)。它的母體化合物是一個反鐵磁莫特絕緣體,通過參雜,費米面附近的電子結(jié)構(gòu)主要是t2g軌道貢獻。我們預(yù)測:如果反鐵磁序被抑制,一個具有d波配對的高溫超導(dǎo)會出現(xiàn)。在材料搜索的過程中,我們發(fā)現(xiàn)一個具有鐵基111結(jié)構(gòu)的材料-KMgBi。通過第一性原理計算,KMgBi(A=K,Rb,Cs)是對稱性保護的拓?fù)浒虢饘?而且處在type-Ⅰ和type-Ⅱ Dirac半金屬的邊界上。通過K位參Rb或Cs,這能驅(qū)動type-Ⅰ和type-Ⅱ之間的相變。我們寫了一個有效模型來描述費米面附近的電子結(jié)構(gòu),同時也計算了費米弧、自旋結(jié)構(gòu)以及朗道能級。我們認(rèn)為可以使用各種實驗方法來觀測這些臨界Dirac半金屬的特征。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O469
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本文編號：1351300
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6 本報記者 張佳星;從銅導(dǎo)線到高溫超導(dǎo)[N];科技日報;2009年
7 劉東然;我國首個高溫超導(dǎo)通信基地連續(xù)運行超3年[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2009年
8 學(xué)生記者 季耿 李榮沙 付東籬 吳婷婷;微波通信低功耗 高溫超導(dǎo)送“福音”[N];新清華;2010年
9 見習(xí)記者 潘高穎;英納超導(dǎo)：重點布局轉(zhuǎn)向工業(yè)領(lǐng)域[N];上海證券報;2011年
10 記者 趙姝婧;我國高溫超導(dǎo)應(yīng)用研究取得重大突破[N];新清華;2012年
相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條
1 蔣婧;不同外磁場中高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性實驗研究[D];西南交通大學(xué);2015年
2 嵇敏;高溫超導(dǎo)太赫茲輻射源自熱效應(yīng)的研究[D];南京大學(xué);2017年
3 郝璐瑤;高溫超導(dǎo)太赫茲輻射源的性能優(yōu)化[D];南京大學(xué);2017年
4 勒聰聰;高溫超導(dǎo)電子結(jié)構(gòu)基因理論和臨界拓?fù)浒虢饘俨牧蟍D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年
5 鄭s，
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