反钙钛矿型3d过渡金属化合物的电子性质研究

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3d过渡金属反钙钛矿化合物AXM3(A为主族元素;X=B,C,N;M为3d过渡族元素)蕴含着丰富的物理性质。其中,2001年在MgCNi3中发现的超导电性,其机理至今还未完全澄清。在这种情况下,探索其它具有MgCNi3类似结构的新型3d过渡金属反钙钛矿超导体是非常有意义的。此外,在AXM3体系中很容易发生X位元素缺位,将造成材料性质的巨大变化。本论文对3d过渡金属反钙钛矿化合物AXM3的电子性质进行了系统研究,以期对AXM3组分变化引起的物性改变有一个总体的认识,并为寻找新型3d过渡金属反钙钛矿超导体提供理论依据。  我们首先系统研究了3d过渡金属反钙钛矿化合物AXM3(A=Na,Mg,Al,Si;X=B,C,N; M=3d过渡金属)的电子结构,并总结了各个位置的元素掺杂和替位效应对电子结构的影响。据此,我们绘制了反钙钛矿碳化物ACM3的磁相图。在相图中临近铁磁的非磁区域,材料具有较大的N(EF),可能会出现超导电性。  基于ACM3的磁相图,我们系统研究了可能存在超导电性的Cr基反钙钛矿化合物AXCr3(X=C,N)。只有ACCr3(A=Al,Ga)和ANCr3(A=Zn,Al,Ga,Sn)形成能为负值,其中ACCr3(A=Al,Ga)和ZnNCr3具有非磁基态,且N(EF)较大,很有可能出现超导电性。晶格动力学计算显示在ACCr3(A=Al,Ga)和ZnNCr3中出现了明显的声子模软化,电声耦合计算表明,这三个材料是中等耦合的BCS超导体,超导TC为为6.7 K,11.3K和8.2 K。  接下来,我们对AlNxCr3和AlNxMn3(x=0~1)的电子结构进行了系统研究,澄清了X位元素在AXM3中的作用。我们的结论可以对目前很多实验报道的X缺位对物性的影响进行解释。此外,我们估算了AlNxMn3(x=0~1)的铁磁居里温度,结果与实验符合得很好。  由于层状钙钛矿氧化物表现出了丰富的物理性质,我们设计了一种层状反钙钛矿Ni基碳化物A2CNi4。我们计算的所有A2CNi4都是非磁基态。其中,A2CNi4(A=Al,Ga,Sn)的形成能小于0。在A2CNi4(A=Al,Ga,Sn)的费米能级处,有数条能带穿过费米面,形成形成了空穴型的三维复杂费米面和电子型的二维费米面。由于A2CNi4(A=Al,Ga,Sn)的N(EF)和(@)D和MgCNi3的N(EF)和(@)D相当。因此,这类材料可能也具有超导电性。通过粗略估算电声耦合矩阵元,我们计算了这几个材料的超导参数。结果显示A2CNi4(A=Al,Ga,Sn)很可能是中等耦合的BCS超导体。
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