第一性原理计算研究氢化合物高压相超导体以及1144型铁基超导体的电子性质

1. Hydrides have low pressure to become metal, and they are most promising room temperature superconductor. However, currently different hydrides have quite different predicted superconducting transition temperature, so to reveal the relation between composition, structure, Tc is important for understanding the machanism of superconducting in hydrides under high pressure. For hydrides like S-H,P-H,Ca-H,Si-H etc, we want systematically study their electronic and phonon structure of different high-pressure phases, and utilizing linear response method to analyze electron-phonon coupling. We mainly focus on questions: The unique role played by hydrogen atom in electron-phonon coupling; The validity of first-principle calculation for hydrides superconductors; What key features that cubic bcc structure brings to electronic and phonon structure benefit high Tc, and whether it is universal that can be generalized to search better structure; Besides electron-phonon coupling, whether there are other superconducting mechanisms which are also important to hydrides superconductors..2. Iron based superconductor is another hot area. For iron based 1144 system, after optimizing their structure parameter, we will use full potential WIEN2K software to systematically calculate electronic structures and ground state magnetic structures, and combine maximal localized wannier function to obtain realistic model hamiltonians. Then, we will perform theoretical analysis, to address possible pairing mechanism.

(1). 氢化物具有较低的金属化压力，是目前最接近室温超导的一类材料，受到了超导领域的广泛重视。目前不同氢化物之间预测的超导转变温度有很大的差异性，揭示组分-结构-超导转变温度的内在联系，将有助于理解加深氢化物超导机制。本项目对S-H,P-H,Ca-H,Si-H等含氢化合物，系统地计算不同高压相的电子、声子结构，用enatom方法分析电声相互作用。主要探讨：氢元素对于电声效应的独特贡献; 氢以外的重元素是如何影响超导电性的；除了电声耦合是否还有其他超导机制起作用。.(2). 铁基超导是另一个热点，其中1144体系独特在无需掺杂就可获得30 K的超导转变温度，对其研究有助于铁基超导机制的理解。本项目将对1144体系中的CaAFe4As4和SrAFe4As4进行结构参数优化，电子结构和磁基态的分析，并结合最大局域化wannier函数得到的材料模型哈密顿量，然后再进行理论分析，探讨超导配对机制。

本项目的研究目标是研究含氢化合物高压相的电子结构以及电声耦合性质和新型铁基高温超导体的电子性质。在保证这两部分的研究工作顺利完成的条件下，我们还研究了一类独特的畸变Kagome磁性材料。具体内容及重要结果如下:.（一）含氢化合物高压相的电子性质研究.1. 应用广义赝原子概念编译出的enatom软件结合第一性原理计算，使用数值线性响应方法计算，分析面心立方晶格H2在0 GPa和476 GPa，H3S在0 GPa和210 GPa的压力下表现出的不同物理行为。H3S中原子电荷和势能的非刚性变形部分符号相反。这些结果建立了一种构造原子的方法，其潜力可用于获得对固体中振动特性和电子-声子相互作用的真实空间理解。.（二）铁基超导体电子性质研究.1. 第一性原理计算研究1144型铁基超导体CaAFe4As4（A = K，Rb，和Cs）由于引入碱金属而引起的空穴掺杂和化学压力效应。我们分别研究了非磁相和磁基态下CaAFe4As4和CaFe2As2(1144)的电子性质，发现碱金属的引入对电子数的大小和FeAs导电层结构的作用机理。.2. 选取钴掺杂的122型铁基超导体样品，研究其场诱导超导性，发现其中铁磁性和超导电性在一个微妙的平衡中共存。我们将可调控的单轴应力和外加磁场结合起来，诱导出高于零场转变温度的超导性。确定其为磁场诱导超导的机制。.3. 第一性原理计算研究12442型铁基超导体RbA2Fe4As4O2（A = Gd、Tb, 和Dy）的磁性和电子性质。预测RbA2Fe4As4O2的基态是自旋密度波型面内条纹反铁磁体，证明RbA2Fe4As4O2是一种自空穴掺杂诱导超导体。.（三）畸变Kagome磁性材料.1.通过非共线自旋密度函数计算研究了鲜为人知的金属磁体CrRhAs，发现其不寻常的基态是由几乎孤立的反铁磁性三角形主导的，每个三角形是120度的磁序，具有正的或负的矢量手性。.通过本项目的研究，加深了对新型超导材料超导机制和畸变Kagome磁性材料的进一步的理解，这些结果将对实验上进行相关研究提供重要的信息。