铁基高温超导体超导电性的研究

论文摘要

铜氧化物高温超导材料发现已有20多年了,时至今日,人类对高温超导机制仍没能给出公认的理论解释,这就在一定程度上制约了超导技术的发展；此外,铜氧化物超导材料材质脆,不易加工,妨碍了其在工业上的大规模应用,因此人们一直在探索铜基超导材料以外的新高温超导材料,以便能够克服铜氧化物高温超导体的缺陷,从新的角度对超导现象进行研究。2008年铁基超导体的发现使人们看到了新的希望,很快在全世界范围内掀起了新一轮高温超导研究的热潮。为了描述铁基超导体的基本性质,本文给出了基于t-J1-J2模型的单带Minimum模型,对比研究了d-波和扩展s-波的基本性质。论文的主要内容如下：首先,介绍了超导体的发展历史、描述了铁基超导体的有关理论模型,并给出了简单的评述,重点介绍了基于t-J1-J2模型的单带Minimum模型。其次,讨论了基于t-J1-J2模型的单带Minimum模型的铁基超导体的基本性质。用Fortran语言编程计算了超导序参量随温度的变化、超导序参量随重整化参数t的变化、掺杂对超导的影响、超导序参量和Gibbs自由能随J2的变化。结果表明,超导序参量随温度的变化关系与BCS理论的情况类似,对于本文所选用的参数,扩展s波的d1相始终很弱；在高温区,随着温度的降低,系统依次进入d波的d2相、扩展s波的d2相和d波的d1相；而在低温区,起主导作用的则依次是d波的d1相、扩展s波的d2相和d波的d2相。较大的重整化参数t对超导有抑制作用,参数t对扩展s波的抑制作用较强,而对d波的抑制作用较弱；当参数t足够大时,系统会转变为正常金属态。通常,扩展s波的d1相都很弱,d波的d2相只存在于较小的掺杂范围内,而d波的d1相和扩展s波的d2相可以在较大的掺杂范围内存在,且d波的d1相强于扩展s波的d2相。对于d波,当J2较小时,只有d1相,没有d2相；当J2约为0.3时,d2突然增大,同时,而d1突然减小；而后,d2随着J2的增大而增大,而d1则迅速减小为零,J2的增大对于d1相有较强的抑制作用；对于扩展s波,d1相始终很弱且几乎不受J2变化的影响,d2相也随着J2的增大而增大。对于d波,自由能存在极小点,系统有稳定的状态；而扩展s波情况的自由能没有极小点,系统没有稳定的状态,d-波配对比扩展s-波配对对超导更有利。接下来,讨论了d-波和扩展s-波的态密度、熵和比热随温度的变化。结果表明,由于能隙节点的存在,d-波和扩展s-波在能隙内都有态密度都存在,而且在低能区,态密度随能量线性变化。d-波和扩展s-波超导体熵的差别主要在低温区,扩展s-波超导体的熵随温度的降低下降得比d-波超导体快；随着温度的升高,二者迅速增大,当温度大于等于TC时,都趋向于正常态的熵。在低温区,d-波和扩展s-波超导体的比热都随温度呈近似线性变化关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 超导电性和超导体
• 1.2 传统超导体
• 1.3 高温超导体
• 1.4 铁基超导体
• 1.4.1 铁基超导体及其结构
• 1.4.2 铁基超导体的基本性质
• 1.4.3 磁性涨落与铁基超导体的超导电性
• 第二章 有关铁基超导体的理论模型
• 2.1 二维Hubbard模型
• 2.2 二维t-J模型
• 2.3 Gossamer模型
• 1-J₂模型的单带Minimum模型'>2.4 基于t-J₁-J₂模型的单带Minimum模型
• 第三章 铁基超导体单带Minimum模型的理论研究
• 3.1 理论模型
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 超导序参量随温度的变化
• 3.2.2 超导序参量随参数t的变化
• 3.2.3 掺杂对超导的影响
• 2的变化'>3.2.4 超导序参量随J₂的变化
• 2的变化'>3.2.5 Gibbs自由能随J₂的变化
• 3.2.6 d-波和扩展s-波超导体的态密度
• 3.2.7 d-波和扩展s-波超导体的熵随温度的变化关系
• 3.2.8 d-波和扩展s-波超导体的比热随温度的变化曲线
• 第四章 回顾和展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 在校期间完成的论文
• 致谢