高压含锂轻元素二元合金超导电性的第一性原理研究

本项目拟利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对含锂轻元素二元合金（LixM1-x，M = Be，Mg，Ca）体系的高压超导电性进行深入、系统的理论研究，致力于探索高压下具有较高超导转变温度的材料。系统研究高压下含锂轻元素二元合金的电子能带、电子态密度、电荷密度分布、费米面等电子行为信息，探讨具备何种电子共性特征的材料会出现高温超导电性。深入分析声子模式态密度和振动模式的对称性，建立与电子-声子相互作用之间的联系，探索超导电性产生以及随压力升高或者降低的物理机制，为揭示高压下材料超导机制的一般性规律提供知识储备，并为设计具有较高超导转变温度的超导材料指明方向。

高压是探索新型高温超导体非常有效的手段，常压下的绝缘体或半导体在高压的作用下晶体的体积急剧减小，原子之间的距离和堆积方式的突然变化，导致材料可以转变为金属，具有了超导的可能性；同时高压可能驱动结构相变的发生，产生具有超导特性的高压新相，这些新现象的出现对于探索新材料和材料在高压下所遵循的物理规律具有重要的意义。本项目拟利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对含锂轻元素二元合金（LixM1-x，M = Be，Mg，Ca）体系的高压超导电性进行深入、系统的理论研究，致力于探索高压下具有较高超导转变温度的材料。本研究拟利用第一性原理方法系统研究高压下含锂轻元素二元合金的电子能带、电子态密度、电荷密度分布、费米面等电子行为信息，探讨具备何种电子共性特征的材料会出现高温超导电性。深入分析声子模式态密度和振动模式的对称性，建立与电子-声子相互作用之间的联系，探索超导电性产生以及随压力升高或者降低的物理机制，为揭示高压下材料超导机制的一般性规律提供知识储备，并为设计具有较高超导转变温度的超导材料指明方向。本项目代表性研究成果如下：(i) 第一性原理线性响应理论方法和刚性muffin-tin近似方法都能够准确地模拟材料在高压下的电子-声子耦合行为，从而研究其超导电性。研究了LiBe原子比例1:1的合金电声耦合行为随压力变化行为，并探讨了其超导电性产生的机制；(ii) 利用粒子群优化算法预测了Li3Be的一个高压结构相变，研究了其超导电性产生及随压力变化的机制；(iii) 利用粒子群优化算法预测了LixCa1-x（x=1-3）的合金高压结构，得到不同原子比例的晶体结构及稳定存在的压力区间，并研究了其超导电性产生的机制及随压力的变化行为；(iv) 利用粒子群优化算法预测了MgLi合金的高压结构相变序列，研究了其超导电性产生及随压力变化的机制。