高溫超導體YBa-,2-Cu-,3-O-,7-δ-電子結構及物性的第一性原理計算研究.pdf

1、高溫超導體的現(xiàn)有理論迄今還不能完整地解釋高溫超導機理，因此有關超導體的電子結構特性的計算研究更凸現(xiàn)其重要作用。利用原子團簇方法結合基于第一性原理的密度泛函理論對YBCO超導體體系進行電子結構和電荷密度分布特性研究，將為高溫超導體超導機理的研究提供重要的啟示。本文采用Gaussion03中基于BLYP關聯(lián)相關能的密度泛函理論結合晶格團簇模型來探索高溫超導體YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>電子結構及其性質，研究氧含量，氧缺位對高溫

2、超導體YBa<,2>Cu<,3>O<,7>電子結構和性質的影響，幫助我們更好地理解高溫超導的機制與特征。 1．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系能隙的計算研究。理論計算結果表明，對于YBa<,2>Cu<,3>O<,7>，超導能隙在超導臨界溫度點93K附近有不為零的極小值；能隙曲線中的幾個轉折溫度點依次分別與T<,c>、T<'*>和T<'0>相對應。計算的氧缺位模型能隙值顯示，隨著氧含量減少，其高溫超導臨界溫度T<,c>

3、也相應變小。這是因為氧缺位會引起載流子濃度的減小，同時也引起CuO<,2>面內電子結構的變化。YBa<,2>Cu<,3>O<,7>和不同氧含量的YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>的HOMO分別在-3.808ev附近和-4.896ev附近，如此大的能級差異表明此溫度下在CuO<,2>面內Cu3d和O2P軌道發(fā)生的相互作用是不同的。計算發(fā)現(xiàn)YBa<,2>Cu<.3>O<,7>基態(tài)總能量和能隙具有一致的變化關系，且晶格參數(shù)發(fā)生0.00

4、1A量級變化，也能使電子結構發(fā)生顯著的變化。2．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系的低溫電子比熱物性的計算研究。理論計算結果表明，YBa<,2>Cu<,3>O<,7>低溫電子比熱及其系數(shù)曲線和實驗曲線相符，進一步證實了T<,c>、T<'*>和T<'0>三個轉折溫度點的存在。 3．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系的電子結構計算研究。YBa<,2>Cu<,3>O<,7>最高占據(jù)態(tài)三維軌道圖表明在計算的溫度范圍

5、內CuO<,2>面內有三種不同的電子結構。通過比較氧缺位YBa<,2>Cu<,3>O<,7>和YBa<,2>Cu<,3>O<,7> Mulliken布居分布，發(fā)現(xiàn)YBa<,2>Cu<,3>O<,7>在120K時的轉折點在YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>氧缺位團簇模型中并沒有出現(xiàn)，表明載流子濃度影響了CuO<,2>面內電子結構。最后，YBa<,2>Cu<,3>O<,7>氧缺位、YBa<,2>Cu<,3>O<,7>及不同氧含量的YB