新型層狀鐵基超導體的電子性質.pdf

1、本論文的主要內容是通過第一性原理方法研究新型鐵基超導體的電子結構來揭示其高溫超導機制，闡明電子結構的細微差別對超導性質的影響。分別研究了三種不同類型的鐵基超導體:塊體的112型CaFeAs2和1111型CaFeAsH，以及生長在SrTiO3襯底上的11型FeSe單層薄膜。
　　本論文共分為五章:
　　1.緒論
　　本章主要篇幅用來介紹固體中的超導概念，包括:超導的宏觀，微觀理論，其中著重于BCS理論，并介紹了與高溫超導

2、體中對超導配對機制緊密相關的電荷密度波和自旋密度波的概念，最后介紹了本文重點研究的鐵基超導體的概念，其中包括鐵基超導與傳統(tǒng)超導的不同，目前研究中存在的問題以及本論文的研究動機。
　　2.密度泛函理論
　　本章介紹了密度泛函理論，包括密度泛函理論相關模型，定理和重要的方程，密度泛函理論的發(fā)展歷程，以及目前的研究現狀和應用情況。
　　3.層狀CaFeAs2和Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2的磁性和電子結構

3、>　　本章應用第一性原理方法研究了新型鐵基超導體CaFeAs2的磁性和電子性質。我們發(fā)現CaFeAs2的基態(tài)是由費米面嵌套驅動的條紋反鐵磁態(tài)。每個Fe原子的磁矩約為2.1μB。我們還計算了電子摻雜相Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2的電子結構和磁結構，得出自旋密度波(SDW)序會由于La/Pr的摻雜而受到抑制。砷層作為間隔層存在，其中的As是負一價的，它的作用是通過增加FeAs層之間的距離從而起到增強材料二維特性和自旋漲落，從

4、而增加配對力的作用。預示了Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2相對Ca0.75(Pr/La)0.25Fe2As2具有更高的Tc.
　　4.氫在CaFeAsH鐵基超導體電子性質中的作用
　　本章我們?yōu)榱搜芯縃-和F-等價離子摻雜的不同影響，計算了CaFeAsH中H被F替代前后，以及不同替代量的能帶、態(tài)密度、費米面以及電荷密度差等電子結構性質。發(fā)現摻氫使體系形成一條非常規(guī)的具有強色散的能帶，在費米能級下出現一個特殊的范霍

5、夫奇異性，導致CaFeAsH的三維特征費米面不同于鈣鐵砷氟(CaFeAsF)。這種獨特的電子結構特征可能都會對提高超導電性具有非常重要的影響。同時，通過進一步計算CaFeAsH的磁基態(tài)和對費米面嵌套分析，可以證明其基態(tài)為條紋反鐵磁相;針對實驗上的摻雜濃度，我們發(fā)現La或Co摻雜會明顯抑制CaFeAsH的費米面嵌套，破壞母相的磁有序態(tài)，從而導致體系出現超導。
　　5.單層FeSe薄膜與SrTiO3襯底之間的電子耦合
　　本章我

6、們研究了生長在SrTiO3襯底上的單層FeSe薄膜高達65-100 K超導臨界溫度的超導機制。角分辨光電子譜(ARPES)得出的結果表明，在布里淵區(qū)中心處沒有任何空穴型費米面，大家普遍認為是發(fā)生了電子摻雜導致的，可能的來源包括氧空穴，鐵缺陷或硒缺陷，或者是襯底的新結構例如有兩層TiO2邊界層。因為摻雜的水平大約是5％的氧空位，因此仍然有不小的接近化學計量的FeSe-SrTiO3界面區(qū)域存在。我們驗證了界面實際的相互作用，發(fā)現FeSe的費

7、米能級被O的px，py表面能帶釘扎住了。為了理解可能由于襯底的電子光學模導致的角分辨光電子譜實驗上發(fā)現的副本能帶，對FeSe層中的布里淵區(qū)中心光學模的影響也進行了研究，發(fā)現沿z方向極化的LO模式對體系的影響很大，Fe的d能帶對應的費米能級被釘扎住了，而SrTiO3的能帶受到內部電場的影響發(fā)生了移動。通過對襯底電子摻雜，得出當Ti的摻雜量x=0.10時，Ti1的能帶依舊不是滿占據的，提供了0.6 eV的Schottky勢壘。另外，對Se子