MgB2薄膜的超导电性

采用平面波赝势方法计算了MgB2超导薄膜的电子结构.结果发现,表面层B(S)在费米能级处的态密度显著增强.在线性响应的密度泛函微扰理论框架下计算了MgB2薄膜的动力学性质及电-声子相互作用,分析了MgB2超导薄膜在Γ点的振动模的频率.结果发现,MgB2薄膜中的声子存在软化现象,并且声子的软化提高了电-声子相互作用,从而增强了薄膜的超导电性.     

“单原子相”金属氢的第一性原理研究

系统研究了"单原子相"金属氢的结构、电子行为、动力学和电子—声子耦合特性.此结构被认为是最为可能的高压单原子相结构.通过超导电性的系统分析指出"单原子相"金属氢中存在着强烈的电子—声子相互作用.当压强P=539 GPa时,超导转变温度达到291.40 K,接近于室温超导体.     

13nm CdTe-HgTe量子阱的压致超导电性

研究了13 nm CdTe-HgTe量子阱在高压下的结构和电输运性能,原位高压拉曼测试结果表明：低压时拉曼位移在118 cm^-1和138 cm^-1处有两个拉曼模式,分别与横向光学声子和纵向光学声子有关.原位高压电输运研究结果表明：13 nm CdTe-HgTe量子阱在4.0 GPa压力下出现了超导现象,超导转变温度（T_C）为5.0 K,在9.3 GPa时超导电性消失,继续加压至14.1 GPa时又重新出现超导现象,并且超导电性一直持续到56.2 GPa.     

Sanderson's电负性均衡原理与库柏对电子

库柏电子对是超导电性机制理论中电声子理论的基础.在超导电性理论的研究中占有非常重要的地位.超导材料的种类非常广泛,有单质金属、合金材料、有机化合物、非金属单质、金属与非金属掺杂材料、金属氧化物.因此对不同材料中库柏对电子起源,状态特征的认识,对于全面认识超导电性的特征具有十分重要的意义.在本文中,以电声子机制超导电性理论为基础,用电负性均衡原理研究了元素之间键的形成对超导电性影响的特征,得出了在超导材料中由于元素之间键的形成,库柏对的电子特征具有特殊的性质,库柏对电子的来源取决于承担超导电性的元素之间键的性质特征.这对于全面理解电声子超导理论具有重要意义.对于进一步研究高Tc铜氧化物超导体的超导电性机理具有重要的指导性意义.     

碱金属单质的奇异高压行为

碱金属元素单质(锂、钠、钾、铷和铯)的原子最外层只有一个近自由的s电子, 在常温和常压下碱金属单质具有简单的体心立方结构. 在压力的作用下, 碱金属原子间距减小, 电子轨道重叠程度增加, 导致电荷发生重新分布(如, s→p或s→d电荷的转移), 引起一系列复杂的结构相变发生(如长程无序非公度结构的形成). 伴随结构相变的发生, 碱金属单质的电子性质也发生了很大的变化, 比如锂和铯出现了超导电性, 更令人惊奇的是锂和钠在高压下还发生了有违传统高压理论的金属到绝缘体的转变. 文中总结了5种碱金属元素单质锂、钠、钾、铷和铯在高压下的丰富结构相变行为, 介绍了各种新型高压相结构, 分析了相变产生的物理机制, 阐述了锂和铯的高压超导电性, 并重点介绍了锂和钠的金属-绝缘体相变. 最后我们还展望了碱金属元素单质的未来高压研究的重点.     

强耦合电子-声子系统的非绝热量子涨落特性

对于强或中等耦合的电子-声子系统提出一个新的相关状态波矢来研究由电子的运动和密度涨落引起的非绝热声子涨落对系统基态、测不准关系、电荷密度波有序、极化子稳定性和声子阶段有序特征等的影响. 这个新状态波矢表征了系统中出现的单声子相干态, 双声子压缩态和极化子状态及其它们之间的相关或压缩-反压缩效应. 它导致了系统的基态能量的大大降低, 极化子束缚能的显著增加, 压制了电子能带变窄效应的减弱趋势及电荷密度波有序、声子模的量子涨落、增强了声子的坐标和动量的量子测不准性. 研究证明这个与众不同的新波矢对中等和强耦合的电子-声子系统是非常正确和适用的.     

铁基超导材料FeTe0.5Se0.5的第一性原理研究

采用第一性原理计算了FeTe0.5Se0.5在两种不同结构模型下的电子结构、晶格动力学以及电声子相互作用.结果表明:用两种结构模型计算得到的电子结构大致相同,费米面附近的态密度主要来自Fe d电子的贡献.对两种模型我们根据不可约表示分析了Γ点的光学模频率,并给出了声子谱及声子态密度.用模型1和模型2计算得到的电声子耦合常数λ分别为0.20和0.22,都非常弱,无法解释实验上较高的超导转变温度.因此,超导材料FeTe0.5Se0.5和其他的铁基超导材料一样,都不属于常规的电声子耦合超导材料.     

Sanderson′s电负性均衡原理与库柏对电子

库柏电子对是超导电性机制理论中电声子理论的基础。在超导电性理论的研究中占有非常重要的地位。超导材料的种类非常广泛,有单质金属、合金材料、有机化合物、非金属单质、金属与非金属掺杂材料、金属氧化物。因此对不同材料中库柏对电子起源,状态特征的认识,对于全面认识超导电性的特征具有十分重要的意义。在本文中,以电声子机制超导电性理论为基础,用电负性均衡原理研究了元素之间键的形成对超导电性影响的特征,得出了在超导材料中由于元素之间键的形成,库柏对的电子特征具有特殊的性质,库柏对电子的来源取决于承担超导电性的元素之间键的性质特征。这对于全面理解电声子超导理论具有重要意义。对于进一步研究高Tc铜氧化物超导体的超导电性机理具有重要的指导性意义。     

磁场中光学极化子的性质研究

采用Huybrechts线性组合算符法、幺正变换法和变分法,得到了晶体中电子体纵光学(LO)声子相互作用系统的有效哈密顿量、振动频率和基态能量,并对磁场的两种极限情况(强磁场、弱磁场)进行了讨论。为了更清楚直观地反映晶体中磁极化子的性质,对CsI晶体进行了数值计算,得出了晶体中电子体纵光学声子强耦合系统的振动频率、基态能量与磁感应强度的关系曲线。结果表明,磁极化子的基态能量的绝对值和振动频率都随磁感应强度的增加而增大。     

盘型量子点中弱耦合极化子的声子平均数

采用修改的线性组合算符和幺正变换的方法研究了在抛物限制势下量子盘中弱耦合极化子的声子平均数.讨论了在弱耦合情况下,电子周围的平均声子数与电子-体纵光学声子耦合强度以及极化子速度的关系.数值计算结果表明：盘型量子点中弱耦合极化子的声子平均数随电子-体纵光学声子耦合强度和极化子速度的增加而增大.     

新型超导体材料MgB_2的电子结构随压强的变化关系

根据密度泛函理论运用全势能线性muffin tin轨道 (FP LMTO :full potentiallinear muffin tin orbital)方法计算了不同压强下MgB2 晶格常数发生变化时的电子结构的变化情况 ,得出态密度的倒数与临界温度的自然对数成线性关系 ,符合BCS理论 ,从而进一步证实了MgB2 的超导机制为电—声子耦合BCS机制     

强关联体系中的自旋与电荷密度涨落的共存性

对于具有晶格结构的固体、利用在相对论狄喇克方程的非相对论极限下得到的电子自旋－轨道相互作用，推导出自旋涨落一声子相互作用。利用此相互作用推导出自旋磁化率、电荷极化率、声子格林函数的一组自洽方程。然后，又讨论了自旋和电荷密度涨落的共存性及其对高温超导的影响。     

难熔金属钽、钼、钨的高温高压状态方程及声速的第一性原理研究

难熔金属的高压熔化曲线在动-静高压实验之间存在巨大争议,而在发生冲击熔化之前是否存在固-固相变是目前的研究热点问题.本文以3种典型难熔金属钽、钼、钨为例,通过第一性原理晶格动力学方法,计算了钽、钼、钨的声子色散曲线.采用准谐近似的方法,获得了Hugoniot状态方程以及Hugoniot声速.对于钽和钨的声速计算表明,其基态体心立方结构在高压下一直保持其稳定性;而钼的晶格动力学计算表明其基态结构的稳定性在高压下消失,而钼的Hugoniot声速在175–275GPa区域内发生了拐折,这一结果证实了冲击波实验中对于钼的声速测量的结果:在210GPa压力附近声速发生间断.     

电-声机制致高温超导特性随掺杂量演变

利用极性晶体中慢电子的运动规律提出基于BCS机理的分析模型.分析发现,掺杂导致铜氧化物的费米面电子分为低能费米电子和高能电子,并产生快电子效应.欠掺杂区高能电子与晶格振动发生作用形成赝隙,费米电子与晶格作用形成超导隙.赝隙和超导隙的竞争平衡导致欠掺杂区超导隙2Δ0和κBTc比值与高能费米电子速度vF^＊成正比,与费米速度vF成反比.掺杂量（x）与高能费米速度（vF^＊）相图是解释高温超导相图的基础.利用模型和（x-vF^＊）相图能够对欠掺杂区赝隙温度、能隙与κBTc比例随掺杂量增加而线性下降的现象给出简单解释,即最佳掺杂区2Δ0和κBTc比值为7.6、过掺杂区为4.3的常数.显示系统随掺杂量增加由＂非传统＂行为向接近传统行为再到金属行为演变的规律.     

维度和压强对颗粒体系振动态密度的影响

本文基于离散元法(DEM),用PFC软件生成了压强分别为0.1 Pa、1 Pa、10 Pa、100 Pa、1000 Pa、10000 Pa的不同维度的无摩擦颗粒体系,基于Hessian矩阵的简正模式分析法,编写了计算不同维度和压强下颗粒体系态密度的程序,进一步分析了维度和压强对颗粒体系态密度的影响。发现一维颗粒体系的态密度不受压强影响。在低频下态密度几乎不随频率变化,在高频下态密度曲线随频率呈现振荡上升趋势。二维颗粒体系态密度曲线在某个特征频率之上出现一个平台,且该平台随着压强的增加而增加。低于某个特征频率下,三维颗粒态密度随频率呈幂率标度,随着压强增加曲线向高频移动。     

立方ScN、GaN的结构和高温热力学性质的第一性原理研究

通过第一性原理计算了ScN和GaN立方氯化钠相的结构、声子及高温热力学性质;并采用超胞方法计算声子态密度,通过准谐近似计算得到了ScN和GaN的热膨胀系数、热熔及熵值随温度的变化关系,所得结果与现有实验值符合较好.     

离子液体调控超导研究

载流子在超导材料中扮演关键角色,其浓度调控对研究超导特性及相关量子器件至关重要.然而载流子浓度通常与其他自由度相互耦合,难以做到单一物理量变化,例如,化学掺杂同时会导致晶格等发生变化.最近迅速发展的离子液体调控技术,兼具了传统的化学掺杂和场效应晶体管优点——大范围、原位、可逆地调节载流子浓度.随着这项技术的发展,逐渐演变出两类调控思路:静电场效应和电化学调控.本文从这两个方面,回顾了离子液体调控在诱导新奇超导态和调控高温超导薄膜物性上的应用:静电场效应对绝缘或半导体体系十分有效,而对于本身载流子浓度较高的材料(如高温超导体等),电化学调控则发挥了重要作用.离子液体因其强大的原位调控能力和易于与其他手段结合的特点,正逐渐成为超导研究中不可或缺的手段,在构建精确相图、突破高温超导机理等方面发挥不可替代的作用.     

Signature of optimal doping in Hall-effect measurements on a high-temperature superconductor

High-temperature superconductivity is achieved by doping copper oxide insulators with charge carriers. The density of carriers in conducting materials can be determined from measurements of the Hall voltage--the voltage transverse to the flow of the electrical current that is proportional to an applied magnetic field. In common metals, this proportionality (the Hall coefficient) is robustly temperature independent. This is in marked contrast to the behaviour seen in high-temperature superconductors when in the 'normal' (resistive) state; the departure from expected behaviour is a key signature of the unconventional nature of the normal state, the origin of which remains a central controversy in condensed matter physics. Here we report the evolution of the low-temperature Hall coefficient in the normal state as the carrier density is increased, from the onset of superconductivity and beyond (where superconductivity has been suppressed by a magnetic field). Surprisingly, the Hall coefficient does not vary monotonically with doping but rather exhibits a sharp change at the optimal doping level for superconductivity. This observation supports the idea that two competing ground states underlie the high-temperature superconducting phase.     

Copper oxide superconductors: sharp-mode coupling in high-Tc superconductors

In conventional superconductivity, sharp phonon modes (oscillations in the crystal lattice) are exchanged between electrons within a Cooper pair, enabling superconductivity. A critical question in the study of copper oxides with high critical transition temperature (Tc) is whether such sharp modes (which may be more general, including, for example, magnetic oscillations) also play a critical role in the pairing and hence the superconductivity. Hwang et al. report evidence that sharp modes (either phononic or magnetic in origin) are not important for superconductivity in these materials, but we show here that their conclusions are undermined by the insensitivity of their experiment to a crucial physical effect.