论文导读：：通过第一性原理计算，我们研究了的结构、电子性质和磁性质。我们发现在点附近存在三个类空穴费米面，在M点附近有两个类电子费米面。如果将类空穴费米面平移，则类空穴费米面就会和类电子费米面在很大程度上重叠，这种费米面嵌套将会导致磁不稳定性和自旋密度波（SDW），和的性质很相似，这主要是因为的结构和的很相似，有望通过电子掺杂或空穴掺杂成为超导体。

　　论文关键词：第一原理计算，磁性，超导

　　1.引言

　　2008年2月底，日本东京工业大学教授领导的研究小组报道在铁基层状化合物中通过F掺杂发现了高达26K的超导电性[1]。这一突破性进展立刻引起了人们对铁基超导体的强烈关注。随后，人们相继发现一系列拥有四方晶系结构的超导材料LnFeAsO1-xFx（和等），它们的超导转变温度从10K到55K不等[2-5]。接着，人们又发现了三类新的超导材料，他们分别是（和） [6-8]，[9,10]，它们的超导转变温度分别是38K物理论文，18K和8K。Fe基超导化合物的共同特征是它们都拥有准二维晶体结构，其中FeAs层是超导层，而LaO层或者A原子层充当“电荷库”。根据超导体的经验，研究者们首先改变了“电荷库”，比如层和A层[9-11]。他们发现了在LnO1-xFxFeAs（）[2-5]和[6]中有超导性。随后，他们集中研究层，这是因为费米能级附近的能带主要来自层。当和化合物中的Fe原子被Ni或Co原子取代时超导现象出现[12,13]。

　　由于高温超导电性有着巨大的应用前景和科学意义，所以科学研究者们一直不断探索具有较高超导转变温度的超导材料。直到最近，几乎所有的研究者均集中于研究基化合物，如果我们用取代，同时用Se取代As，于是就得到化合物，由于在层的电子数和层的电子数相同，所以我们预测的电子结构和的电子结构非常相似。先前对Mn基化合物的研究主要集中在巨磁阻性质[14-20] 。这些研究发现Mn原子有很强的磁性[14-20]，这和中的Fe原子显磁性相似，这些研究[14-20]启发我们用Mn原子代替Fe原子论文开题报告。因此我们通过第一性原理计算研究了的结构、电子性质和磁性质等。我们发现的性质和的一些性质很相似，因此物理论文，我们预测可能是超导材料的一个新的母体化合物。

　　2.计算方法和计算细节

　　本文的所有计算都是利用BSTATE软件包[21]完成的，该软件包是基于平面波超软赝势方法。为了确定真正的基态，我们研究了体系的四个磁性态：非磁态（NM）、铁磁态（FM）、棋盘状反铁磁态（AF1，近邻原子自旋反平行）以及条纹状反铁磁态（AF2，Mn原子在对角方向自旋反平行）。条纹状反铁磁态是从费米面嵌套效应[22-24]预测出来的。我们取平面波的截断能量为400eV。对于NM态、FM态和AF1态我们用的格子，对于AF2态我们用的格子。我们的交换关联势采取广义梯度近似（GGA）[25]，在计算之前，我们优化了体系的晶格常数和原子位置，见附表1。通过计算比较各种磁性态的能量，发现AF2态是基态。

　　表一 非磁态下优化得到的晶体结构（空间群：P4/nmm；a=4.03726?，c=8.64508?）

　　Atom

　　site

　　x

　　y

　　z

　　La

　　2c

　　0.25

　　0.25

　　0.14643

　　O

　　2a

　　0.75

　　0.25

　　0.0

　　Mn

　　2b

　　0.75

　　0.25

　　0.5

　　Se

　　2c

　　0.25

　　0.25

　　0.64408

　　3. 计算结果和讨论

　　众所周知，电子结构对理解材料的物理性质起着非常重要的作用。通过理论计算可以在实验合成材料以及实验分析材料之前预测新材料的一些性质[26,27]。在当前的工作中，我们通过第一性原理技术研究了的晶体结构、能带结构、费米面以及林哈德响应泛函。

　　超导

　　图1 （a）总的态密度和，的分态密度

　　超导

　　图1 （b） 和的能带结构

　　超导

　　图1 （c）林哈德函数

　　图1 （d） 在非磁态的费米面

　　图1 （e） 在=0的费米面的横截面

　　图1 （f） 在=的费米面的横截面

　　为了更好的理解LDA的电子结构，我们给出了非磁态的态密度（图1（a）），这和以及的态密度很相似。从-2.0eV到2.0eV的态密度主要来自Mn-3d态，从-6.5eV到-2.0eV的态密度主要来源于O-p态和Se-p态。在O和之间的p-d杂化是很小的，而在Se和之间的杂化则很大。从2eV到6eV的范围内物理论文，态密度主要来源于La-5s态。费米能级处的态密度是，由此计算的磁化率和比热系数分别是和。

　　图1（b）中给出了的能带结构，并且和的做了比较。从图1（b）和图1（d）中，可以看出在Γ点附近有三个类空穴费米面，在M点附近有两个类电子费米面。图1（e）和图1（f）分别是和时费米面的横截面，从图中可以看出最小的类空穴费米面表现出典型的三维特征，此费米面消失于Z点，与此同时，其它两个类空穴费米面表现出很好的二维特征。然而，在中所有的类空穴型费米面均表现出很好的二维特性[22,23]。两个类电子费米面在方向上表现出很小的色散现象，这是因为在附近的费米面比附近的费米面稍大一点。通过移动费米面从点到M点，也就是一个矢量，类空穴费米面将和类电子费米面在很大程度上重叠，表现出了明显的嵌套效应，这个嵌套效应可以在图1（e,f）中看出，这个嵌套效应也可以通过计算林哈德响应泛函被定量得到。图1（c）中，对于未掺杂的化合物来说在M点[22]很高物理论文，通过电子掺杂和空穴掺杂发现它被明显的压制。强嵌套效应的存在启发人们猜测可能存在某种有序，比如电荷密度波和自旋密度波[22-24,28]可能在较低的温度下存在于未掺杂的化合物中，就像[22-24,28]一样。因此，下面我们将主要研究在条纹状反铁磁态下的电子结构。

　　图2 在条纹状反铁磁态的态密度

　　如上所述，强嵌套效应的存在会导致自旋密度波，我们通过第一性原理计算研究了三个不同的磁性态：FM态、AF1态和AF2态，我们发现条纹状反铁磁态是基态，其稳定能是0.29eV论文开题报告。图2给出了条纹状反铁磁态的态密度。从-3.0eV到2.0eV,态密度主要来源于-3d态；从2.0eV到5.0eV，态密度主要来源于La-5s态；在-7.0eV到-3.0eV的范围内，态密度主要来源于Se-4p态和O-2p态，同时还有少量的La态和态。

　　图3 在NM、FM、AF1以及AF2态随As原子位置变化的能量。插图为AF2态和NM态下的能量差，其中和分别是AF2态和NM态的能量

　　对于铁砷基超导材料，砷原子的内坐标[27]对材料的电子结构起着决定性作用。在图3中，我们研究的是稳定能和磁矩随着Se原子位置的变化而变化的情况。从图中可以看到，随着Se原子位置的变化，棋盘状反铁磁态（AF1）的能量和非磁态的能量变化基本相同。这也就是说，棋盘状反铁磁态收敛于非磁态。对于铁磁态（FM），当Se原子坐标小于0.64时收敛于非磁态；当Se原子坐标大于0.64时物理论文，铁磁态的稳定能随着Se原子坐标的增大而增大。作为基态的条纹状反铁磁态，其能量远小于非磁态，而且硒原子的优化位置是0.6640，这个数据比非磁态的优化位置0.64408大得多。从图3上的插图中所标的数据我们可以看出，AF2稳定能和Mn原子磁矩均随Se原子位置的增大而增大。

　　总之，通过第一性原理的计算，我们得到了的电子结构，通过比较发现它的费米面和的非常相似。费米面的嵌套以及对的估算，均表明了自旋密度波可能存在于未掺杂的化合物中。不论是空穴型掺杂还是电子型掺杂，都能够在很大程度上压制自旋密度波，这与相似，稳定能和原子磁矩都会随着Se原子位置的变化而发生显著的变化。正是发现了与的诸多相似之处，因此我们预测可能是一种新型的超导母体化合物。

　　参考文献：

　　[1]Kamihara Y., Watanabe T.,Hirano M., et al., J.Am.Chem.Soc.，130（2008），3296.

　　[2]Chen G.F., Li Z., Wu D.,etal., Phys. Rev. lett., 100（2008），247002.

　　[3]Chen X.H, Wu T., Wu G.,et al.,Nature （London）， 453（2008），761.

　　[4]Ren Z.A., Yang J., Lu W.,et al.,Europhys. Lett., 82（2008），57002.

　　[5]Ren Z.A., Wei L., Jie Y., et al., Chin. Phys. Lett., 25（2008），2215.

　　[6]Rotter M., Tegel M.,Johrendt D., et al., Phys. Rev. B, 78（2008），020503.

　　[7]Rotter M., Tegel M.,Johrendt D., Phys. Rev. lett., 101（2008），107006.

　　[8]Sasmal K., Lv B.,Lorenz B., et al., Phys. Rev. lett., 101

　　（2008），107007.