第一性原理在鐵基超導(dǎo)中的應(yīng)用.pdf

1、自從鐵基超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們經(jīng)過(guò)五六年的探索，至今沒(méi)有了解鐵基超導(dǎo)的機(jī)制。鐵基超導(dǎo)是層狀化合物，和常規(guī)超導(dǎo)不同，含有鐵元素，且費(fèi)米面主要由鐵三維軌道貢獻(xiàn)，母體化合物具有復(fù)雜的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為差的金屬性。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算軟件包Matreial studio對(duì)兩種鐵基材料及相近材料性質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)研究。
　　基于第一性原理密度泛函理論，采用超軟贗勢(shì)和 GGA-PBE方法，計(jì)算了CaFeAs2、BaFe2As2和S

2、rFe2As2的晶體結(jié)構(gòu)、能帶、態(tài)密度、鍵的布居，發(fā)現(xiàn)CaFeAs2有四條能帶穿過(guò)費(fèi)米面，主要來(lái)自Fe3d的貢獻(xiàn)，負(fù)單價(jià)砷層對(duì)費(fèi)米面有重要影響，費(fèi)米面態(tài)密度主要貢獻(xiàn)來(lái)自Fe和As。我們發(fā)現(xiàn)和其他體系超導(dǎo)相同，CaFeAs2是一種相對(duì)軟的脆性材料，有差的導(dǎo)熱性。CaFeAs2在加壓條件下，晶格參數(shù)β不是線性變化。和 BaFe2As2、SrFe2As2不同，隨著壓力的增加，CaFeAs2的 As-Fe-As鍵角靠近理想值以及穿過(guò)費(fèi)米面能帶基

3、本保持不變，同時(shí) Fe-As鍵有兩次突變，從而預(yù)測(cè)CaFeAs2加壓條件下有結(jié)構(gòu)或者磁性轉(zhuǎn)變，在20 GPa時(shí)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可能達(dá)到最大值。
　　通過(guò)比較鐵砷超導(dǎo)的母體材料發(fā)現(xiàn)，和其它超導(dǎo)材料相比，鐵砷超導(dǎo)為相對(duì)軟的材料。體積模量和晶格參數(shù)有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，晶格參數(shù)越小，體積模量越大。
　　基于第一性原理密度泛函理論，采用超軟贗勢(shì)和 GGA-PBE方法，計(jì)算了CuFeAs、LiFeAs和NaFeAs的晶體結(jié)構(gòu)、能帶、態(tài)密度、鍵的

4、布居。對(duì)于CuFeAs，和LiFeAs、NaFeAs不同，As-Fe-As鍵角和理想值偏離較大，只有一條能帶穿過(guò)Г點(diǎn)，布里淵中心區(qū)域?yàn)榭昭诖?，且缺少一個(gè)費(fèi)米空穴型圓柱體；費(fèi)米面態(tài)密度主要貢獻(xiàn)來(lái)自Fe和Cu，這些可能是CuFeAs沒(méi)有超導(dǎo)性的原因。彈性常數(shù)計(jì)算表明，和其他鐵砷超導(dǎo)不同，CuFeAs是一種相對(duì)硬的材料。加壓條件發(fā)現(xiàn)，CuFeAs的晶格參數(shù)變化很小，隨著壓力增大As-Fe-As鍵角偏離理想值，0~15 GPa壓力范圍沒(méi)有發(fā)

5、現(xiàn)Fe-As鍵長(zhǎng)突變，以及壓力為15 GPa時(shí)，費(fèi)米面態(tài)密度主要貢獻(xiàn)來(lái)自Fe和Cu，這些因素可以預(yù)測(cè)壓力不會(huì)誘導(dǎo)CuFeAs超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
　　鐵基超導(dǎo)有很多共同特性，特別是費(fèi)米面和 Fe-As鍵的特性，對(duì)超導(dǎo)性有重要影響。晶體結(jié)構(gòu)對(duì)鐵基超導(dǎo)的影響，是建立在層內(nèi)部離子之間的相互作用以及層與層之間的相互作用，必須滿足鐵基超導(dǎo)材料一些共同屬性。結(jié)構(gòu)相似的鐵基材料，有的有超導(dǎo)性，有的沒(méi)有超導(dǎo)性；結(jié)構(gòu)不同的鐵基材料，由于電子結(jié)構(gòu)、內(nèi)部化學(xué)鍵都