高压下Ca-Se体系的理论研究

作     者：郭玉 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘云仙

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：高压 第一性原理计算 结构预测 电子化合物 超导电性 

摘      要：超导材料因其独特的物理性质(零电阻和完全抗磁性),可以应用于能源、国防、交通、计算机技术和医药等领域,从而受到科学家的广泛关注。自超导体被发现以来,探索新型高温超导体一直是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。电子化合物(Electrides)是一种特殊的化合物,其中部分电子聚集在晶格间隙,充当阴离子角色,这些间隙电子在很大程度上决定了化合物的物理性质。近年来,超导电子化合物出现开辟了超导研究新领域。2019年,超导电子化合物的研究取得了突破性进展,理论预测在压力270 GPa下,Li6P表现为超导电子化合物,其转变温度Tc为39.3 K。之后预测的电子化合物Li8Au,其Tc达到73.1 K,是目前预测超导转变温度最高的电子化合物。这预示着,高压条件下电子化合物有成为新型高温超导体的巨大潜力,激发了人们对高压电子化合物超导电性的研究兴趣。 研究发现,由电负性小且原子半径大的元素组成的化合物更容易形成电子化合物,例如,碱金属、碱土金属和过渡金属ⅢB族。特别是碱土金属元素Ca。发现Ca与X(X为第ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素)体系形成电子化合物结构的几率极高。考虑到Se的电负性可以和P相媲美,因此我们认为Ca-Se体系将有很大的可能性出现具有超导性的电子化合物。 本工作研究了 Ca-Se体系在0-200 GPa下的稳定配比、晶体结构、电子性质及超导电性。我们在Ca-Se体系中预测出一系列稳定的结构,包括:P63/mmc-Ca3Se,P4/mbm-Ca3Se,Pnma-Ca2Se,Cmcm-Ca2Se,I41/amd-CaSe,Imma-CaSe,I4/mcm-CaSe2,Pnma-CaSe2,Fddd-CaSe2,R-3c-CaSe3和I4/mmm-CeaS3。其中P63/mmc-Ca3Se,P4/mbm-Ca3Se,R-3c-CaSe3 和I4/mmm-CaSe3 是潜在超导体。更重要的是,发现了电子化合物P63/mmc-Ca3Se和Pnma-Ca2Se,其中P63/mmc-Ca3Se表现出超导电性,在50 GPa下Tc值为7.4K。