表面吸附和金屬插層的石墨烯超導電性的理論研究

《表面吸附和金屬插層的石墨烯超導電性的理論研究》是依託煙臺大學，由張超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：表面吸附和金屬插層的石墨烯超導電性的理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張超
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

由於石墨烯具有眾多優異的性質，並且作為模型體系研究了凝聚態物理中許多基本概念和現象，從而引起了人們的廣泛關注。然而，在石墨烯眾多優異性質中，唯獨缺少超導電性,如果能將超導電性引入到石墨烯體系中，這無疑將極大地拓展石墨烯的套用範圍。 本項目擬通過基於密度泛函微擾理論的第一性原理計算，系統研究單層石墨烯吸附金屬、多層石墨烯插層金屬和石墨層間化合物的結構性質、電子結構性質和可能的超導電性。通過對這些石墨烯體系的研究，探討石墨烯層與吸附金屬原子的距離、石墨烯層間距離、聲子振動模式和電聲耦合的關係。此外，通過從二維的石墨烯體系擴展到三維的石墨層間化物，還將研究量子束縛效應和超導電性的關係。希望通過本項目的實施豐富人們對石墨烯類超導材料的認識，同時也能為碳基超導材料甚至整個超導領域做出一定的貢獻.

結題摘要

本項目採用基於密度泛函理論的第一性原理方法研究了石墨插層金屬化合物的結構特點，電子性質，熱動力學和機械性質。 我們採用無偏的結構搜尋方法，探究了石墨插層金屬化合物LiC6的在常壓和高壓下的穩定相和亞穩相。發現了LiC6四種具有低焓值的熱力學基態相，其中包括實驗中發現的P6/mmm相和三種理論預測的正交相：Pmmn、Immm和Cmmm相。碳原子首先從二維的石墨層狀結構轉變成三維的納米多孔結構，然後轉變成二維的金剛石條狀結構，最終轉變成三維的網狀結構。在正交相中，碳原子之間的共價鍵呈現出sp2和sp3雜化共存的特性，壓強的升高使得系統趨向於形成sp3雜化特性的共價鍵。聲子計算檢測了四種競爭相的熱力學穩定性。 我們研究了石墨插層金屬化合物YbC6，並與其它Yb-C化合物進行了比較，並探討了電子強關聯效應對鐿碳化物機械性質和熱力學性質影響。為了描述強關聯的局域4f電子，我們採用了GGA + U的方法。四種鐿碳化物的彈性常數與Hubbard U值存在密切關係。採用VRH近似（Voigt-Reuss-Hill approximation），計算了四種鐿碳化物的體彈模量B、楊氏模量E和剪下模量G。YbC6的B、E和G的值在四種碳化物中最大而呈現出質地硬和脆的力學特性，而YbC2則呈現出質地軟和易延展的力學特性。利用各向異性指數和因子，我們分析了四種鐿碳化物的力學各向異性。聲子譜計算發現，只有YbC2和YbC6是動力學穩定相，這與實驗的結論是一致的。我們的研究結果闡明了高壓下LiC6的結構相變，為研究其他石墨插層化合物的高壓行為提供了重要的信息；明確了電子強關聯效應對YbC6及其他Yb-C化合物機械性質和熱力學性質的影響，為研究含有強關聯效應的石墨插層化合物提供了重要依據。