新型層狀鐵基超導(dǎo)體的電子性質(zhì).pdf

1、本論文的主要內(nèi)容是通過第一性原理方法研究新型鐵基超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)來揭示其高溫超導(dǎo)機(jī)制，闡明電子結(jié)構(gòu)的細(xì)微差別對(duì)超導(dǎo)性質(zhì)的影響。分別研究了三種不同類型的鐵基超導(dǎo)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(dǎo)概念，包括:超導(dǎo)的宏觀，微觀理論，其中著重于BCS理論，并介紹了與高溫超導(dǎo)

2、體中對(duì)超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制緊密相關(guān)的電荷密度波和自旋密度波的概念，最后介紹了本文重點(diǎn)研究的鐵基超導(dǎo)體的概念，其中包括鐵基超導(dǎo)與傳統(tǒng)超導(dǎo)的不同，目前研究中存在的問題以及本論文的研究動(dòng)機(jī)。
　　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(guān)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(xiàn)狀和應(yīng)用情況。
　　3.層狀CaFeAs2和Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2的磁性和電子結(jié)構(gòu)

3、>　　本章應(yīng)用第一性原理方法研究了新型鐵基超導(dǎo)體CaFeAs2的磁性和電子性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)CaFeAs2的基態(tài)是由費(fèi)米面嵌套驅(qū)動(dòng)的條紋反鐵磁態(tài)。每個(gè)Fe原子的磁矩約為2.1μB。我們還計(jì)算了電子摻雜相Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2的電子結(jié)構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)，得出自旋密度波(SDW)序會(huì)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(fù)一價(jià)的，它的作用是通過增加FeAs層之間的距離從而起到增強(qiáng)材料二維特性和自旋漲落，從

4、而增加配對(duì)力的作用。預(yù)示了Ca0.75(Pr/La)0.25FeAs2相對(duì)Ca0.75(Pr/La)0.25Fe2As2具有更高的Tc.
　　4.氫在CaFeAsH鐵基超導(dǎo)體電子性質(zhì)中的作用
　　本章我們?yōu)榱搜芯縃-和F-等價(jià)離子摻雜的不同影響，計(jì)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(fèi)米面以及電荷密度差等電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)摻氫使體系形成一條非常規(guī)的具有強(qiáng)色散的能帶，在費(fèi)米能級(jí)下出現(xiàn)一個(gè)特殊的范霍

5、夫奇異性，導(dǎo)致CaFeAsH的三維特征費(fèi)米面不同于鈣鐵砷氟(CaFeAsF)。這種獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)特征可能都會(huì)對(duì)提高超導(dǎo)電性具有非常重要的影響。同時(shí)，通過進(jìn)一步計(jì)算CaFeAsH的磁基態(tài)和對(duì)費(fèi)米面嵌套分析，可以證明其基態(tài)為條紋反鐵磁相;針對(duì)實(shí)驗(yàn)上的摻雜濃度，我們發(fā)現(xiàn)La或Co摻雜會(huì)明顯抑制CaFeAsH的費(fèi)米面嵌套，破壞母相的磁有序態(tài)，從而導(dǎo)致體系出現(xiàn)超導(dǎo)。
　　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(dá)65-100 K超導(dǎo)臨界溫度的超導(dǎo)機(jī)制。角分辨光電子譜(ARPES)得出的結(jié)果表明，在布里淵區(qū)中心處沒有任何空穴型費(fèi)米面，大家普遍認(rèn)為是發(fā)生了電子摻雜導(dǎo)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(jié)構(gòu)例如有兩層TiO2邊界層。因?yàn)閾诫s的水平大約是5％的氧空位，因此仍然有不小的接近化學(xué)計(jì)量的FeSe-SrTiO3界面區(qū)域存在。我們驗(yàn)證了界面實(shí)際的相互作用，發(fā)現(xiàn)FeSe的費(fèi)

7、米能級(jí)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(xué)模導(dǎo)致的角分辨光電子譜實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的副本能帶，對(duì)FeSe層中的布里淵區(qū)中心光學(xué)模的影響也進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)沿z方向極化的LO模式對(duì)體系的影響很大，F(xiàn)e的d能帶對(duì)應(yīng)的費(fèi)米能級(jí)被釘扎住了，而SrTiO3的能帶受到內(nèi)部電場(chǎng)的影響發(fā)生了移動(dòng)。通過對(duì)襯底電子摻雜，得出當(dāng)Ti的摻雜量x=0.10時(shí)，Ti1的能帶依舊不是滿占據(jù)的，提供了0.6 eV的Schottky勢(shì)壘。另外，對(duì)Se子