二元金属四硼化物超导电性的第一性原理研究

论文摘要

金属硼化物在几十年来被广泛研究,尤其在发现MgB2具有39 K的超导相变温度以来,其他金属硼化物是否也有如此高的超导相变温度受到大家广泛的关注。我们基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算结合瓦尼尔插值的方法对FeB4的超导机理是否为电声耦合,以及与FeB4同构的CuB4中可能的电声耦合超导电性进行了系统研究。FeB4是除铁砷基和铁硒基外的另一种铁基超导体,其超导相变温度（Tc）为2.9 K。尽管FeB4中的超导相变温度Tc相对于常见的铁基超导体相对较低,但现有的关于FeB4中声子调节超导电性机理的理论工作仍然存在争议。通过电子结构的第一原理计算和万尼尔插值,我们准确地确定了超导体FeB4中的电声耦合。我们的计算表明,该电声耦合常数λ是1.41,利用McMillian-Allen-Dynes公式得出其可以产生50 K的超导相变温度。之前有研究认为,铁磁自旋涨落可以使FeB4的超导相变温度相对于未考虑铁磁自旋涨落效应的FeB4的超导相变温度显著降低到原来的4.1%。在相同的还原比下,我们计算出来FeB4的超导相变温度为将变为2.1 K,与实验值2.9 K非常吻合。这证明FeB4不是常规电声耦合超导体。我们进一步探索了在过渡金属四硼化物中是否存在电声耦合强且铁磁涨落相对较弱的材料。具体来说,我们研究了与FeB4同构的ZnB4和CuB4中的电子结构、晶格动力学、及其相互耦合。研究发现,CuB4具有晶体结构稳定性,且其电声耦合常数λ是0.55,通过求解各向同性的埃利伯格（Eliashberg）方程,得到CuB4的Tc为7.6 K。我们的预测使得CuB4作为电声耦合超导体,在二元金属硼化物中的Tc相对较高。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 引言
• 1 绪论
•   1.1 金属硼化物中超导电性的研究背景
• 4中超导电性的再研究'>  1.2 FeB₄中超导电性的再研究
• 4二元金属四硼化物超导电性的研究'>  1.3 类FeB₄二元金属四硼化物超导电性的研究
• 2 理论基础
•   2.1 电声耦合超导机制
•   2.2 第一性原理计算
•     2.2.1 玻恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）近似
•     2.2.2 DFT理论简介
•       2.2.2.1 Thomas-Fermi模型
•       2.2.2.2 霍亨勃格-孔恩定理
•       2.2.2.3 孔恩-沈吕九方程
•     2.2.3 密度泛函微扰理论（DFPT）
•       2.2.3.1 基于DFPT的晶格动力学
•   2.3 本章小结
• 3 计算方法
•   3.1 软件介绍
•     3.1.1 Quantum-ESPRESSO介绍
•     3.1.2 EPW简介
•     3.1.3 Wannier90 简介
•   3.2 最局域瓦尼尔函数
• 4的计算方法及其参数设置'>  3.3 FeB₄的计算方法及其参数设置
• 4的计算方法及其参数设置'>  3.4 CuB₄的计算方法及其参数设置
•   3.5 本章小结
• 4 计算结果与分析
• 4计算结果与分析'>  4.1 FeB₄计算结果与分析
• 4电子结构的计算结果与分析'>    4.1.1 FeB₄电子结构的计算结果与分析
• 4电声耦合的计算结果与分析'>    4.1.2 FeB₄电声耦合的计算结果与分析
• 4的结论及其准确性分析'>    4.1.3 FeB₄的结论及其准确性分析
• 4的计算结果与分析'>  4.2 CuB₄的计算结果与分析
• 4电子结构的计算结果与分析'>    4.2.1 CuB₄电子结构的计算结果与分析
• 4电声耦合的计算结果与分析'>    4.2.2 CuB₄电声耦合的计算结果与分析
• 4的结论及其准确性分析'>    4.2.3 CuB₄的结论及其准确性分析
•   4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷层层

导师: 高淼

关键词: 二元金属四硼化物,超导电性,电声耦合,第一性原理计算,瓦尼尔函数

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,物理学

单位: 宁波大学

分类号: O511.3;O469

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000675

总页数: 59

文件大小: 9695K

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