铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

超流模型能级密度公式及其参数研究

对推广超流模型（GSM）能级密度公式作了研究,并根据评估的平均中子共振间距D0和分立能级累计数N0拟合出了一组GSM能级密度公式的参数,这组参数已被收入到国际原子能机构（IAEA）推荐输入参数库（RIPL）的起始数据文件. In this work, the Generalized Superfluid Model (GSM) level density formula has been studied. On the basis of the average neutron resonance level spacing D0 and cumulative level number N0 which were evaluated by ourselves, a set of GSM level density parameters has been obtained. These parameters have been included in the initial data file of IAEA s Reference Input Parameter Library (RIPL).     

超流费米气体相滑移时的密度分布

当前在冷原子和玻色爱因斯坦凝聚(BEC)领域的一个重要问题是在Feshbach共振附近的冷费米气体如何从BEC态演变到BCS(Bardeen Schrieffer Cooper)态.本文进一步研究在Feshbach共振附近超流态的相滑移现象.通过具体的数值计算，给出了费米气体在相滑移时的粒子数密度的分布，并对不同温度下的相滑移的大小进行了分析.结果表明，相滑移现象可以作为实验上判断系统是否处于超流态的一个可行的判据. 关键词： 超流费米气体 相滑移 Feshbach共振     

重费米子超导理论和材料研究进展

重费米子超导体是一类典型的强关联和非常规超导系统,超导的产生与量子临界涨落有着紧密的关系.在实际材料中,不同结构体系的重费米子超导体往往表现出非常不同的竞争序和超导性质,表明f电子的行为对材料的结构特征具有敏感依赖性.特别是最近几年的超导实验研究,表明具体材料的实际电子结构对重费米子超导的性质具有重要影响.本文将简要介...     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

新型FeSe基超导材料研究进展

FeSe基超导体作为铁基超导材料家族的重要组成部分,已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域,对这类超导材料的探索和制备是研究其物理性质的基础.目前,对于FeSe基超导材料的探索主要集中于插层和外延单层FeSe薄膜.其中,通过插层方法获得的FeSe基超导材料具有独特的性质,且种类众多.本文介绍了近年来发现的一系列FeSe基高温超导材料,涵盖K_xFe₂Se₂,A_xNH₃FeSe,LiOHFeSe和有机分子插层FeSe等,并针对各种材料,简述了其性质及影响.     

高压下高温超导材料YBa2Cu3O7的电子结构

 本文选用拟合能带的Harrison参数构造紧束缚哈密顿矩阵，采取Recursion方法计算了YBa₂Cu₃O₇晶体在常压下与9 GPa高压下（此时晶格常数压缩3%）的电子结构。讨论了高压对于电子结构的影响。给出了高压下费米面移动，能带展宽和各晶位原子价变化的定量结果。     

Y掺杂SrTiO3晶体材料的电子结构计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势法, 研究了Y掺杂SrTiO3体系的空间结构和电子结构性质, 得到了优化后体系的结构参数, 掺杂形成能, 能带结构和电子态密度. 对比掺杂浓度为0.125, 0.25, 0.33时,Sr1-xYxTiO3和SrTi1-xYxO3的掺杂形成能,发现Y替代Sr能形成更稳定的结构. 对Sr1-xYxTiO3(x=0, 0.125, 0.25, 0.33) 的结构进行了优化,结果表明Y替代Sr后, 随着掺杂浓度增大, 体系的晶格常数逐渐减小, 稳定性逐渐增强. 对不同掺杂浓度的Sr1-xYxTiO3能带结构的计算结果表明:纯净的SrTiO3是绝缘体, 价带顶在R点, 导带底在Γ点, 费米能级处于价带顶; 掺杂Y后, 费米能级进入到导带底中, 体系呈金属性;掺杂浓度越大,费米能级进入导带的位置越深,禁带宽度也近似变宽.     

MgNi2Bi4弹性和电子性质的第一性原理研究

Bi基化合物因其奇异的结构和物化性质备受科研人员关注MgNi₂Bi₄是实验上合成的一种新型泡利顺磁性层状金属材料,弱的层间相互作用表明它可能是一种潜在的二维材料本文利用第一性原理计算研究了块体和单层MgNi₂Bi₄材料的弹性和电子性质,结果显示块体MgNi₂Bi₄是一种具有复杂费米面的非磁延展性金属.小的解离能表明在实验上可能可以制备得到单层MgNi₂Bi₄,进一步计算表明单层MgNi₂Bi₄仍为典型的金属材料.我们对MgNi₂Bi₄材料弹性和电子结构的计算和分析有助于未来对该材料的进一步研究.     

CeO_2掺杂MgB_2超导材料的特性研究

以Mg粉、B粉、Ce O2粉末为原料,用真空固相反应法制备了系列按1Mg B2+x Ce O2摩尔量比Ce O2掺杂的样品,其中x=0,0.03,0.06,0.09,0.13,0.135,0.14。通过X-射线和扫描电子显微镜,分析了样品的成相和织构。除Mg B2和少量Mg O相外,在Ce O2掺杂的样品中还检测到了Ce B6和少量残留的Ce O2相。XRD的计算表明,随着Ce O2掺杂量的增加,Mg B2的平均晶粒尺寸受到了明显的压制,且Ce B6相含量增加。电阻-温度特性测量表明,掺杂量在x=0.06以内时,Mg B2的超导电输运特性无明显影响,正常态电阻率低,超导转变温度(Tc)超过38K,转变宽度($Tc)小于1K;掺杂量大于0.09以后,观察到正常态电阻率升高,超导电性快速退化;超过0.14后,尽管存在电阻转变,但在测量温度范围内已观测不到零电阻效应。实验除展示Ce O2掺杂抑制Mg B2的成相和晶粒生长外,同时表明晶粒尺度的大小和分布对Mg B2的超导特性影响显著。     

拓扑新材料研究前沿的理论基础导引Ⅱ：多种拓扑材料

本专题旨在为感兴趣且学有余力的本科生和低年级研究生提供一条从大学物理到当前二维、三维拓扑新材料研究前沿的学习路径。专题包含两篇,本文是第二篇。基于第一篇回顾过的各种量子霍尔效应及其中的拓扑不变量,本篇介绍多种新材料,包括石墨烯、拓扑绝缘体和拓扑半金属。重点将放在晶格结构的紧束缚模型处理,以蜂窝六角晶格和方晶格为例推导出描述量子反常霍尔效应的两带模型,介绍能带结构与拓扑不变量(陈数、拓扑映射度等)的联系及其所导致的体-边对应关系(bulk-boundary correspondence)。其中自旋轨道耦合(spin-orbitcoupling)的写法、哈密顿量的傅里叶(Fourier)变换、能带结构的求解、拓扑不变量及边缘态的计算都有助于夯实初学者的理论基础。另外本篇还将简述不同种类的拓扑半金属的能带结构及其表面态。     

用两带Ginzburg-Landau理论分析超导材料Lu_2Fe_3Si_5的穿透深度

本文用两带各向异性GL模型计算了两带超导体Lu2Fe3Si5的穿透深度,当选取适当的参数时,在理论结果与实验结果符合的很好,并在此基础上计算了Lu2Fe3Si5在c方向的穿透深度与ab平面内的穿透深度的比值(γλ),结果表明γλ随温度的升高而降低,这点与MgB2不同.并且本文还讨论了在脏极限下γλ的情况.     

电流激励下两带单结超导环的电磁性质研究

在两带Ginzburg-Landau理论基础上,我们研究了在电流激励情形下两带单结超导环的电磁性质.两带超导环中可引入的两个超导序参量的相位差满足sine-Gordon方程,由该方程的孤立子解我们得到了单个超导结(微桥结构)两端相位差与总磁通之间的线性关系.通过微桥中电流与超导结两端相位差满足的非线性Josephson方程,建立了在电流激励下环内磁通与外加电流之间的依赖关系.我们的分析表明两带超导环中可能产生的孤立子解及分数磁通量子化现象可以通过测量单结超导环中的电磁性质加以验证.     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

冲击载荷下非晶态碳材料的动态响应模型研究

 在一维应变冲击加载条件下，采用两个石英压力传感器进行了双值应力历史测量，对非晶态碳材料的动态响应特性进行了分析研究。研究结果表明，非晶态碳材料的冲击响应是简单稳定的，在试验冲击应力范围内为非线性弹性响应，Hugoniot曲线呈上凸的，表明材料内部传播的不是一个冲击波而是一簇压缩波，因此可采用特征线方法来解该冲击波问题，并用Riemann积分法对冲击应力过程进行修正，得到材料更精确的Hugoniot方程。还采用COPS程序对该材料的冲击响应过程进行了数值模拟，数值模拟曲线与试验曲线是很吻合的。表明采用Riemann积分法处理是合理的，此方法可以在VISAR测量中得到应用。     

新型超导材料MgCNi3的电子结构与超导电性研究

用MS-Xα方法研究了非氧化物超导材料MgCNi3的电子结构.研究结果显示,态密度分布曲线的主峰靠近Fermi面,主要来自于Ni的d电子的贡献.用T(T=Co,Mn,Cu)替代MgCNi3中的部分Ni形成化合物MgCNi2T,替代使Ni的价电子数减小,价态发生变化,Fermi面处态密度N(EF)减小.计算结果表明:无论是电子掺杂(Cu)还是空穴掺杂(Co,Mn),MgCNi3的超导电性都被抑制;Mn掺杂比Co掺杂更快地抑制超导电性,Co是作为空穴掺杂而不是作为磁性杂质掺杂去抑制超导.     

第一性原理计算Ga,O掺杂Ge材料的电子结构

利用第一性原理模拟计算了Ga掺杂Ge及Ga、O共掺杂Ge材料的电子结构,对态密度、能带结构进行了分析.结果表明,Ga掺杂Ge材料会使掺杂体系表现为较强的金属性;Ga、O共掺杂会使掺杂体系在低能端出现新的态密度为零区域.通过掺杂能够改变Ge材料的电学和光学特性.