高溫超導(dǎo)體YBa-,2-Cu-,3-O-,7-δ-電子結(jié)構(gòu)及物性的第一性原理計算研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)體的現(xiàn)有理論迄今還不能完整地解釋高溫超導(dǎo)機(jī)理，因此有關(guān)超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)特性的計算研究更凸現(xiàn)其重要作用。利用原子團(tuán)簇方法結(jié)合基于第一性原理的密度泛函理論對YBCO超導(dǎo)體體系進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)和電荷密度分布特性研究，將為高溫超導(dǎo)體超導(dǎo)機(jī)理的研究提供重要的啟示。本文采用Gaussion03中基于BLYP關(guān)聯(lián)相關(guān)能的密度泛函理論結(jié)合晶格團(tuán)簇模型來探索高溫超導(dǎo)體YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>電子結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，研究氧含量，氧缺位對高溫

2、超導(dǎo)體YBa<,2>Cu<,3>O<,7>電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，幫助我們更好地理解高溫超導(dǎo)的機(jī)制與特征。 1．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系能隙的計算研究。理論計算結(jié)果表明，對于YBa<,2>Cu<,3>O<,7>，超導(dǎo)能隙在超導(dǎo)臨界溫度點93K附近有不為零的極小值；能隙曲線中的幾個轉(zhuǎn)折溫度點依次分別與T<,c>、T<'*>和T<'0>相對應(yīng)。計算的氧缺位模型能隙值顯示，隨著氧含量減少，其高溫超導(dǎo)臨界溫度T<,c>

3、也相應(yīng)變小。這是因為氧缺位會引起載流子濃度的減小，同時也引起CuO<,2>面內(nèi)電子結(jié)構(gòu)的變化。YBa<,2>Cu<,3>O<,7>和不同氧含量的YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>的HOMO分別在-3.808ev附近和-4.896ev附近，如此大的能級差異表明此溫度下在CuO<,2>面內(nèi)Cu3d和O2P軌道發(fā)生的相互作用是不同的。計算發(fā)現(xiàn)YBa<,2>Cu<.3>O<,7>基態(tài)總能量和能隙具有一致的變化關(guān)系，且晶格參數(shù)發(fā)生0.00

4、1A量級變化，也能使電子結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著的變化。2．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系的低溫電子比熱物性的計算研究。理論計算結(jié)果表明，YBa<,2>Cu<,3>O<,7>低溫電子比熱及其系數(shù)曲線和實驗曲線相符，進(jìn)一步證實了T<,c>、T<'*>和T<'0>三個轉(zhuǎn)折溫度點的存在。 3．YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>體系的電子結(jié)構(gòu)計算研究。YBa<,2>Cu<,3>O<,7>最高占據(jù)態(tài)三維軌道圖表明在計算的溫度范圍

5、內(nèi)CuO<,2>面內(nèi)有三種不同的電子結(jié)構(gòu)。通過比較氧缺位YBa<,2>Cu<,3>O<,7>和YBa<,2>Cu<,3>O<,7> Mulliken布居分布，發(fā)現(xiàn)YBa<,2>Cu<,3>O<,7>在120K時的轉(zhuǎn)折點在YBa<,2>Cu<,3>O<,7-d>氧缺位團(tuán)簇模型中并沒有出現(xiàn)，表明載流子濃度影響了CuO<,2>面內(nèi)電子結(jié)構(gòu)。最后，YBa<,2>Cu<,3>O<,7>氧缺位、YBa<,2>Cu<,3>O<,7>及不同氧含量的YB