芳香烴化合物的結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)等物性的理論研究.pdf

1、金屬摻雜的稠環(huán)芳香烴有機超導(dǎo)體是最近這幾年超導(dǎo)領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一，以實現(xiàn)室溫超導(dǎo)為目的，研究人員們致力于此類新型超導(dǎo)材料和超導(dǎo)現(xiàn)象的探索和觀察。有機超導(dǎo)體具有很輕的重量及低維特性，一方面使其成為潛在的高溫超導(dǎo)體應(yīng)用材料，如芳香烴材料被廣泛地應(yīng)用于制造有機發(fā)光二級管(OLED)，另一方面也使得有機超導(dǎo)體成為人們研究低維體系的電子-電子相互作用和電子-聲子相互作用的獨特材料。但目前有機超導(dǎo)體的研究仍然存在一些問題，包括摻雜結(jié)構(gòu)及原子位置難

2、以確定、對超導(dǎo)機理的認(rèn)識還不夠清晰、許多材料的研究仍不夠深入等。
　　針對這些存在的科學(xué)問題，本論文采用第一性原理計算的方法系統(tǒng)深入地研究了芳香烴超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、摻雜原子位置、電子性質(zhì)、磁性等物性，以及電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)與超導(dǎo)機理間的關(guān)系。本論文的研究內(nèi)容主要分為以下幾個方面:
　　1、K摻雜的四環(huán)體系的晶格結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)穩(wěn)定性、電子性質(zhì)和超導(dǎo)預(yù)測。通過考慮不同的空間群對稱性和摻雜濃度，發(fā)現(xiàn)最穩(wěn)定的摻雜結(jié)構(gòu)是P21對稱性的K2摻雜

3、的結(jié)構(gòu)，并給出了摻雜的K原子位置;通過計算給出了不同摻雜濃度下的電子能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管K2摻雜是半導(dǎo)體，但是給予少量微擾電荷將會使體系發(fā)生絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變，并且分析晶體的熱力學(xué)穩(wěn)定性后發(fā)現(xiàn)K2摻雜帶微擾電荷后的體系是穩(wěn)定的;通過差分電荷密度的分析證實了體系內(nèi)K原子轉(zhuǎn)移電子到有機分子上的超導(dǎo)機制;估算了帶微擾電荷后K2摻雜體系的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。
　　2、Sm摻雜的四環(huán)體系的晶格結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和磁性研究。針對不同的空間群和初始磁組態(tài)，確

4、立了摻雜Sm原子后的晶格結(jié)構(gòu)和Sm原子位置，發(fā)現(xiàn)Sm原子摻雜四環(huán)體系最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是C2/c對稱性下的反鐵磁結(jié)構(gòu);分析了電子結(jié)構(gòu)隨Hubbard U參數(shù)的變化;計算了GGA和GGA+U兩種方法下的態(tài)密度后發(fā)現(xiàn)，GGA泛函下，Sm的4f電子在費米能級處有一個非常尖銳的DOS峰，GGA+U泛函下，Sm的4f電子的DOS被推開，費米能級上的電子態(tài)主要由C的2p電子貢獻(xiàn);Sm摻雜時體系表現(xiàn)為反鐵磁金屬性，Sm原子自旋磁矩為5.9μB，軌道磁矩為-

5、1.6μB，總磁矩為4.3μB，C原子上的極化磁矩為0.1μB;Sm在這類材料中是+2價的，兩個電子轉(zhuǎn)移到有機分子上;同時也證實在此類體系中電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)不可忽略。
　　3、K摻雜的對三聯(lián)苯體系的晶體結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、摻雜導(dǎo)致的成鍵情況演化和對超導(dǎo)現(xiàn)象的推測。經(jīng)過計算確定了K摻雜的對三聯(lián)苯體系最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是P21對稱性下的K2C18H14，K原子摻雜在了相應(yīng)的對三聯(lián)苯分子的C-C單鍵相連的橋鍵處;通過電子性質(zhì)的計算發(fā)現(xiàn)三種摻雜濃度下都

6、有兩條能帶穿過費米面而呈現(xiàn)金屬態(tài)，其中最穩(wěn)定的K2C18H14的費米面處的態(tài)密度值為每分子1.28states·eV-1;由差分電荷密度和電荷局域密度的分析證實K原子轉(zhuǎn)移電子到有機分子上;根據(jù)計算推測K2C18H14對應(yīng)于最近實驗上發(fā)現(xiàn)的7.2K的超導(dǎo)相。
　　4、K摻雜三環(huán)體系的表面生長構(gòu)型下的摻雜難度、摻雜結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)及電荷轉(zhuǎn)移。對于K摻雜的三環(huán)分子體系，建立了表面吸附模型，從晶體生長的角度分析了各種摻雜濃度下最可能產(chǎn)生的晶

7、格結(jié)構(gòu)和摻雜位置，發(fā)現(xiàn)K吸附在表面的情況是總能最高、最不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，推測K原子是可以摻雜進(jìn)體塊內(nèi)的，而不是吸附在表面;給出了各摻雜濃度下的態(tài)密度分布及與塊體材料態(tài)密度的對比，發(fā)現(xiàn)表面生長情況下的K原子摻雜三環(huán)分子體系也可以形成金屬態(tài);發(fā)現(xiàn)K原子轉(zhuǎn)移電子到有機分子上，表面吸附的情況下也可能成為超導(dǎo)體。
　　芳香烴化合物體系自發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以來就引起了人們極大的興趣和廣泛的關(guān)注，本論文對芳香烴化合物超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、磁性、電子性質(zhì)、晶體生長