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1、本文采用基于全勢(shì)線性綴加平面波方法的WIEN2K程序包和基于平面波贗勢(shì)方法的QUANTUM ESPRESSO程序包計(jì)算了兩種不同結(jié)構(gòu)新超導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)和聲子譜:鐵基超導(dǎo)體SrFe0.875Co0.125AsF和β型燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物超導(dǎo)體AOs2O6(A=K,Rb,Cs)。研究了它們的結(jié)構(gòu)、磁性和超導(dǎo)電性。主要包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容:
1.采用雙胞模型對(duì)鐵基氟化物SrFeAsF及其Co摻雜超導(dǎo)體SrFe0.875Co0.
2、125AsF(Tc=4 K)的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方位的優(yōu)化,并定量計(jì)算了最近鄰和次近鄰Fe原子之間的反鐵磁(AFM)超交換耦合常數(shù)J1和J2的大小。得到的創(chuàng)新結(jié)果如下:(1)SrFeAsF的基態(tài)為條紋型反鐵磁(AF2)態(tài),并伴隨著明顯的四方到正交的結(jié)構(gòu)相變。Co摻雜后壓制了結(jié)構(gòu)相變。(2)計(jì)算得到的這兩種材料J1/2J2的值分別為0.46和0.94(~1),以上結(jié)果表明:在SrFeAsF中J2足夠強(qiáng)(J1/2J2<1),材料處于穩(wěn)定的條紋
3、型反鐵磁(AF2)構(gòu)型。SrFe0.875Co0.125AsF中J1減小的比J2減小的少,因此J1足夠強(qiáng)(J1/2J2~1),系統(tǒng)處于棋盤(pán)型反鐵磁(AF1)與AF2兩種反鐵磁構(gòu)型的臨界狀態(tài),有較強(qiáng)的磁漲落。(3)Co摻雜后晶胞體積減小,電子能帶雜化增強(qiáng),使得Fe(Co)原子的局域性減小,巡游性增強(qiáng)。而電子摻雜使費(fèi)米能級(jí)上升到導(dǎo)帶處態(tài)密度的van Hove峰上。我們的結(jié)論是,Co摻雜抑制了鐵砷氟化物母體中的結(jié)構(gòu)相變和自旋序,SrFe0,8
4、75Co0.125AsF表現(xiàn)為磁漲落引導(dǎo)的超導(dǎo)電性。
2.考慮重過(guò)渡金屬Os原子的自旋軌道耦合(SOC)和在位庫(kù)侖勢(shì)(U)作用,采用廣義梯度近似(GGA)+SOC+U的計(jì)算方法,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析研究β型燒綠石結(jié)構(gòu)鋨氧化物超導(dǎo)體AOs2O6(A=K,Rb,Cs;Tc=9.6 K,6.3 K,3.3 K)的電子關(guān)聯(lián)性和電聲子耦合。結(jié)果表明:(1)三種鋨氧化物超導(dǎo)體的在位庫(kù)侖勢(shì)(U)分別為2.5、1.8和1.2 eV。計(jì)算得到
5、K與Rb的鋨氧化物N(EF)近似相等而Cs的最小。(2)計(jì)算得到三種鋨氧化物超導(dǎo)體的電子關(guān)聯(lián)耦合常數(shù)λc(=N(EF)U/(2×n))分別為1,55、1.12和0.73。(3)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的Sommerfeld系數(shù)γexp,計(jì)算得到電子質(zhì)量提高因子γ(=γexp/γb)分別為6.535,3.774和3.594。由于電子關(guān)聯(lián)和電聲子耦合是質(zhì)量提高的兩個(gè)因素,γ=(1+γc)(1+γep),我們估算得到三種鋨氧化物的電聲子耦合常數(shù)γep分
6、別為1.56,0.78,1.08。總結(jié)以上計(jì)算結(jié)果,我們得到的結(jié)論是:KOs2O6既是強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng),也是強(qiáng)電聲子耦合系統(tǒng)。RbOs2O6和CsOs2O6電子關(guān)聯(lián)和電聲子耦合強(qiáng)度都比KOs2O6弱。
3.在強(qiáng)電聲子耦合BCS理論框架下,研究KOs2O6和RbOs2O6的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,聲子軟化和超導(dǎo)電性的關(guān)系。我們計(jì)算了AOs2O6(A=K,Rb,Cs)的能量隨堿金屬離子位置偏移量△的關(guān)系以及KOs2O6和RbOs2O6在Г點(diǎn)
7、的聲子頻率。計(jì)算結(jié)果表明:(1)KOs2O6在K離子偏移原格點(diǎn)位置后系統(tǒng)的能量最低,表明KOs2O6的結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定。RbOs2O6和CsOs2O6也有一定的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。(2)計(jì)算得到的KOs2O6聲子頻率普遍比RbOs2O6的低??紤]到電聲子耦合常數(shù)與頻率的關(guān)系γep=∑Ni(EF)ηi/(M<ωi2>):聲子頻率越低對(duì)電聲子耦合的貢獻(xiàn)越大,因此KOs2O6的強(qiáng)電聲子耦合是由于其聲子軟化比RbOs2O6的大導(dǎo)致的。分析KOs2O6系統(tǒng)
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