关联物质国际学术会议

正2017年10月10~13日,关联物质国际学术会议在杭州召开。会议由浙江大学关联物质研究中心组织,中心主任Frank Steglich教授和袁辉球教授任会议共同主席。本次会议共邀请了近40位国内外一流专家学者作邀请报告,内容涵盖重费米子等强关联电子体系的多个方面,包括重费米子物理、非常规超导、量子相变、近藤体系中的拓扑量子态、量子磁性与自旋液体等。会议整个流程以强关联电子体系的不同研     

重空穴掺杂的铁基超导体中的强关联物理研究进展

强关联物理一直是高温超导体研究的前沿领域,被认为是与高温超导电性的微观机理密切相关.2008年铁基超导体的发现给高温超导体研究带来了一个全新的材料体系,其中,中国科学技术大学高温超导研究团队对铁基超导体的发现做出了重大的贡献.随着对铁基超导体研究的深入,人们发现铁基超导体不同于以往发现的铜基高温超导体,其电子关联效应表现出较弱的特征,强关联物理与高温超导电性之间的必然性受到了极大挑战.在理论上,人们认为铁基超导体依然具有强关联物理的特征,只是其表现形式由于多轨道以及洪特耦合的原因而呈现出轨道选择的特点.探索铁基超导体中的强关联物理成为了当前高温超导体研究的一个前沿问题.本文综述了我们对重空穴掺杂的铁基超导体AFe_2As_2(A=K, Rb, Cs)系列材料的核磁共振(NMR)研究。相关研究结果表明电子的关联性在重空穴掺杂区间表现得尤为突出,诸多特征与理论所描述的轨道选择的莫特物理相吻合:首先,电子的局域性与巡游性可以共存,并在低温下形成类似于重费米子体系的电子相干态;其次,基于位置选择的NMR探测,我们实现了轨道选择的局域磁化率测量,进一步证实了铁基超导体中轨道选择的电子关联效应;最后,我们还首次在重空穴掺杂的CsFe_2As_2体系中观测到一个全新的电子向列相.以上这些现象揭示了铁基超导体与铜基超导体以及重费米子超导体类似的强关联特征,将有助于建立统一的高温超导机理.     

团簇Ni3CoP电子性质与磁性研究

设计团簇Ni_3CoP模型对非晶态合金Ni-Co-P进行局域结构的模拟,基于密度泛函理论(DFT)并在B3LYP/Lanl2dz水平下运用Gaussian 09程序对其进行结构优化以及有关电子性质与磁性的计算,对所得到的理论数据进行分析.结果表明:团簇Ni_3CoP费米能级左侧的最高峰由Ni-d、Co-d、P-p共振产生,形成了d-d-p杂化的成键轨道,并主要由Ni-d轨道贡献;对于团簇Ni_3CoP内部的电子转移,以P原子提供电子的能力最强,Co原子次之,Ni原子则整体以接受电子为主.团簇Ni_3CoP 3重态下的构型具有磁性,且Ni原子磁矩对团簇总磁矩的贡献较大.分析d轨道的电子自旋态密度图,发现其对称性最不好,这说明其上的成单电子最多,是团簇磁性的主要来源.同时,研究还发现p轨道对团簇磁性的贡献同样不可忽略.     

高温超导体中的反铁磁子对声子的影响

利用包括电子－声子相互作用在内的单能带Ｈｕｂｂａｒｄ模型，我们研究高温超导体中的强反铁磁自旋涨落对声子的影响。使用近反铁磁费米液体模型的磁化率，我们计算了由反铁磁子所产生的声子自能，发现声子与反铁磁子杂化而形成新的发展。     

对称Anderson晶格的反铁磁极化

考虑最近邻格点 f电子的电荷相关和自旋相关,用局域方法研究了对称 An-derson 晶格中由局域磁矩引起的极化。结果表明,极化总是反铁磁的;当同一格点相反自旋 f 电子间的库仑作用增大或 d-f 电子间杂化强度减小时,这种反铁磁极化变强。     

Ce掺杂SnO_2的导电性及稳定性增强的第一性原理研究

为了提高SnO_2导电性以及稳定性,常对其进行掺杂使用。涉及金属的d轨道和稀土金属的f轨道,传统的理论计算往往低估了带隙。为了拟合实验数据,通常使用哈伯德(U)参数进行修正。结果表明,与纯SnO_2的能带结构相比,Ce掺杂后带隙引入了一种新的电子态。导带和价带变得更加致密,带间波动更加平稳。Ce掺杂后减小了价带和费米能级之间的宽度,电子跃迁所需的能量降低,增强了导电性。Ce掺杂后体系的局域化程度增加,可知掺杂后Ce-O的局域化强度大于Sn-O的局域化强度,掺杂体系的稳定性提高,为过渡金属的改性研究提供了理论基础。     

EfectsofAntiparamagnonsonPhononsinHighTemperatureSuperconductors

利用包括电子—声子相互作用在内的单能带Ｈｕｂｂａｒｄ模型，我们研究高温超导体中的强反铁磁自旋涨落（反铁磁子）对声子的影响。使用近反铁磁费米液体模型的磁化率，我们计算了由反铁磁子所产生的声子自能，发现声子与反铁磁子杂化而形成新的激发模。     

基于密度泛函理论的L2_1型Ni_2MnGe第一原理计算

运用MaterialsStudio6.0程序CASRTEP软件包建立L21型Ni2MnGe单胞和1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞模型,采用GGA-PBE-TS近似,得出能带结构和态密度曲线。由Ni2MnGe单胞的能带结构和态密度图可以看出自旋向上和自旋向下的能带都没有出现带隙,说明Ni2MnGe单胞具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性;通过分析1×1×5的Ni2.25Mn0.75Ge超胞的能带结构和态密度图可以得到同样的结论,即Ni2.25Mn0.75Ge具有金属性,在费米能级附近不同自旋能带具有明显差别,从而导致Ni2MnGe具有较大磁性。2种晶体中Ni原子自旋向上和自旋向下的态密度占据量几乎相同,因此Ni原子的磁矩很小,而Mn原子d轨道的电子几乎全部局域在自旋向上的态密度中,因此Mn原子磁矩较大。Ni2.25Mn0.75Ge中Ni(A)与Mn存在p-d杂化,比Ni2MnGe中p-d杂化作用更强,这是由于Ni替换了Mn的缘故。     

钙钛矿结构材料SrHfO3的电子结构研究

在密度泛函理论框架下首先用局域自旋密度近似（LSDA）方法,研究了具有钙钛矿结构的材料SrHfO3的电子结构,发现Sr显示比较明显的离子特性,Hf和O之间由于杂化形成了共价键.得到该化合物的带隙为1.54 eV,磁矩为零.考虑Hf 5d局域电子之间的在位库仑相互作用（即采用LSDA＋U方法进行计算）后,磁矩依然为零,但态密度分布有明显的改变.计算结果表明,该材料中Hf 5d之间的在位库仑相互作用U为8.0 eV.     

马约拉纳费米子-量子点杂化系统输运性质的研究

从理论上研究马约拉纳费米子-量子点杂化系统的输运性质.基于广义主方程方法,计算通过此系统的电流、微分电导和Fano因子.计算结果表明:马约拉纳费米子与量子点中电子的耦合导致系统的零偏置反常,而2个马约拉纳费米子的耦合压制系统的零偏置反常.     

B、N共掺杂单层石墨烯电子结构和导电性能

利用密度泛函理论研究方法对B、N原子以邻、间、对位等3种不同的相对位置以相同的比例(12.5%)共掺杂单层石墨烯的电子结构进行研究,分别计算共掺杂结构的能带结构、态密度、电荷密度和电荷差分密度等。结果表明:B、N原子共掺杂石墨烯的价带和导带之间出现直接带隙,而且价带电子轨道和导带空轨道分布更靠近费米能级,共掺杂石墨烯可同时作为电子的供体和受体,间位共掺杂结构的带隙值最小(1.296eV).在共掺杂结构的电荷重新分布过程中,B、C和N间的互相杂化和电荷的转移主要发生在各原子的2p轨道,其中B-C原子杂化轨道分布更靠近费米能级,C-N原子杂化轨道能分布在较低的能量区间。     

周期Anderson模型的Green函数方法处理

基于Ｇｒｅｅｎ函数技术,作者首先分析了切断近似对处理一维对称周期Ａｎｄｅｒｓｏｎ模型中电子间关联的影响,然后计算了该模型的局域磁矩,杂化能量元和基态能量,计算结果与Ｂｌａｎｋｅｎｋｅｃｌｅｒ等人的Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模型一致,这表明Ｇｒｅｅｎ函数方法可以较好地处理周期Ａｎｄｅｒｓｏｎ模型的基态性质。     

La_(1-x)Ca_xMnO_3的电子结构与磁有序研究

采用DV-Xa分子轨道法计算了不同掺杂浓度的立方结构钙钛矿La_(1-x)Ca_xMnO_3体系的电子结构,分析了体系磁电特性随钙浓度变化的特征.结果表明:自旋相关的锰3d—氧2p轨道杂化出现在整个体系中.未掺杂体系具有金属型导电性,费米能级处多数自旋子带的态密度高于少数子带.随着掺杂浓度的提高,体系发生金属-半金属相变.与此同时,锰离子磁矩单调降低,与3d带自旋交换劈裂的变化规律一致.掺杂的钙提高了锰3d和氧2p电子波函数的交迭,加强了Mn-O-Mn超交换作用,使CaMnO3呈现G型反铁磁态.LaMnO_3中锰3d和氧2p波函数的交迭最弱,呈铁磁有序.     

InVO4电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛涵理论的全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算光催化材料InVO4的电子结构和光学常数.电子结构计算表明:InVO4价带顶由O-2p、V-3d和In-3d轨道电子杂化构成,导带底则是V-3d和In-5s空轨道组成的杂化带.光学常数计算表明:光吸收强度曲线在4.2 eV处的突出峰源于价带顶的O-2p电子向导带底V-dz2和V-dxy轨道的跃迁,4.6～7.9 eV范围内的吸收峰则对应于价带顶的O-2p电子向导带底杂化带的跃迁;而高能区的光吸收是材料深能级电子跃迁的贡献.折射系数计算结果显示InVO4为各向异性材料;介电常数虚部和能量损失曲线则表明声子对光催化有重要影响.     

Co掺杂GaSb电子结构和磁特性的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂GaSb半导体的电子结构和磁特性,交换关联泛函采用局域密度近似(Local Density Approximation,LDA),通过U的引入对Ga-d电子和Sb-p电子的库仑作用势能进行修正,计算得到GaSb的禁带宽度和晶格常数与实验值相符.计算结果表明,Co替代Ga(Co@Ga)缺陷可以产生2μ_B的局域磁矩,而Co替代Sb(Co@Sb)缺陷对体系的局域磁矩没有贡献.Co@Ga产生局域磁矩之间的耦合为铁磁耦合,其居里温度的理论计算值高达410 K.对Co掺杂GaSb半导体的铁磁耦合机制进行了解释,为实验上制备GaSb基铁磁性半导体提供了理论依据.     

亚稳相化合物SmCo7的磁性及电子结构

用自旋极化的MS-Xα方法研究了亚稳相化合物SmCo₇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究结果显示, 由于化合物中Sm-Co间的轨道杂化效应, 使Sm原子原来的5d0空轨道上占据了少量5d电子. Co(3d)-Sm(5d)电子间的直接交换作用, 构成Sm-Co间的主要耦合方式, 这是Sm-Co基化合物中形成铁磁性长程序的一个重要因素. 由于在SmCo₇中的某些分子轨道上存在着负交换耦合, 导致了化合物中Co原子格点间的平均交换耦合强度减弱. 因此, 与金属Co相比, 不仅化合物的居里温度明显降低, 而且化合物中Co原子磁矩也显著减小.研究结果也表明, 由于Co哑铃对对Sm的替代作用改变了Co晶位的晶格环境, 使Co(2e)晶位携带负原子磁矩, Fermi面附近轨道杂化作用减弱, 系统自由能升高. 所以, SmCo₇在室温下是亚稳态化合物. 考虑到4f电子的局域性和化合物中轨道杂化效应所导致的Sm(5d⁰)空轨道上占据了少量5d电子, 可以得到Sm原子磁矩为1.61 μ_B, 与顺磁盐中Sm³⁺及金属中Sm原子磁矩实验值基本符合.     

铀锆合金的电子结构和化学键的第一性原理研究

基于密度泛函理论系统地研究了铀锆合金(γ-UZr和δ-UZr2)的晶体结构、电子结构及化学键性质。鉴于U-5f电子的强关联性,使用局域密度近似(LDA)和LDA+U(U=4eV)方法对比研究了铀锆合金的基态性质。尽管这两种方法计算所得的晶格常数均略小于实验值,但总体上与实验还是符合的很好。与纯LDA相比,加U=4eV的计算结果显示5f电子的库仑排斥作用对合金体系电子态密度分布的影响极小。因此可忽略U-5f的库仑排斥作用。两种构型合金体系的总态密度分布表明它们在费米能级附近的电子占据主要是U-5f和Zr-4d,并有明显的杂化。在γ-UZr和δ-UZr2中,U—Zr键间均显示微弱的共价性,其中U—Zr2共价性最强(0.048e/au3),U—Zr次之(0.040e/au3),U—Zr1最弱(0.032e/au3),而δ-UZr2中的Zr1离子性最强。     

La掺杂SrTiO3电子结构的密度泛函理论研究

目的 研究La掺杂对SrTiO3体系电子结构和导电性的影响.方法 采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法 .结果 La掺杂后,体系总体态密度只是向低能方向进行了刚性平移,费米能级进入导带,简并化加剧,刚性能带模型仍然适用于Sr1-xLaxTiO3体系:由于Bumtein-Moss移动效应,光学带隙明显展宽,在导带底出现大量由La原子贡献的自由载流子-电子,改善了SrTiO3的导电性能.结论 La掺杂对SrTiO3的导电性起着非常重要的作用.     

窄能带系统的局域方法近似

本文把局域方法用于包括单电子能量 t、原子内电子的库仑作用 U、原子间电子的库仑作用W和交换作用J 的窄能带系统。在U,W,J 都是正值时,计算了顺磁相的相关能,局域磁矩和反铁磁极化。结果表明:对给定的电子密度 n,保持U与W不变,相关能随J 增加而增大;局域磁矩和反铁磁极化随J 增加而减小。如U及W给定,则 n越大,J 对三者的影响越明显。     

Fe掺杂SiC纳米管的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,在局域自旋密度近似下,系统研究了Fe掺杂SiC纳米管电子结构和磁性.计算结果显示用Fe替代C时SiC纳米管显示反铁磁性,而Fe替代Si却出现铁磁性特征,是一种半金属磁性材料.形成能计算结果显示铁磁性结构比反铁磁性结构低3.2eV,Fe原子更容易替代Si原子,两种掺杂的基态都诱发了自旋极化现象.同时,掺杂的Fe原子都向管外发生了一定的弛豫,Fe替代C掺杂发生了较大的几何畸变,但掺杂并未破坏SiC纳米管整体几何结构.能带结构和态密度计算显示在费米能级附近出现了更多弥散的能级分布,特别是Fe替代Si出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的p-d杂化效应,自旋电子态密度的计算结果揭示磁矩主要来源于Fe原子未成对3d电子的贡献.这些结果表明过渡金属掺杂SiC纳米管也许是一种很有前途的磁性材料.