高壓下輕質富鋰化合物的新結構及其物性研究

《高壓下輕質富鋰化合物的新結構及其物性研究》是依託吉林大學，由靳錫聯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高壓下輕質富鋰化合物的新結構及其物性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：靳錫聯
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

富氫材料通常被認為有希望具有高的超導轉變溫度，因為按照BCS理論較小的原子質量往往能帶來較高的Debye溫度。但是由於氫較強的非金屬性，其金屬化往往出現在非常高的壓強範圍。同樣，Li也有較小的原子量，且有強的金屬性。所以輕質富鋰化合物（例CLi4、CLi6、SiLi4、NLi3、PLi3等）也是潛在的高溫超導體。本項目將通過計算機模擬探索輕質富鋰體系化合物在高壓下的新結構、高壓誘導的相變、電子結構、晶格動力學性質、彈性、超導電性等關鍵的基本物理學特徵。主要內容包括：1、高壓結構的確定（熱力學、晶格動力學和機械穩定性），2、高壓誘導的金屬化（能帶、金屬化率、費米面拓撲轉變），3、高壓下的超導電性（費米面嵌套函式、聲子、電-聲子耦合），為探討高壓下固體材料中元素種類及結構與物性的一般性規律提供知識儲備，為高溫超導材料的探索、設計提供理論依據。

結題摘要

該項目涉及到當前的兩個重要問題。第一：自從Ashcroft 預言了通過壓縮純氫可以獲得室溫超導體後，輕質元素及其化合物在高壓下的行為遭受到強烈的關注和研究。雖然目前在純氫體系中還無法實現超導電性，但是在非常高的壓強下，氫化物近年來被報導發現具有有史以來的最高的超導轉變溫度。輕質化合物潛在的高溫超導電性長期受到人們的關注，例如MgB2。已知的最輕金屬鋰及其化合物也是該領域有力的候選材料。在該項目中，富鋰化合物，例如Li-C 化合物及其類似的富氫化合物的高壓結構、壓制金屬化特性和高壓下的超導電性行為被充分地研究。第二：基本的固體理論預言在足夠高的壓強下，所有材料的原子間距將會減小，原子間相互作用將會增強，其電子能帶將會展寬而交疊，這樣所有材料都會從絕緣體變成金屬，或者延續這種金屬狀態並且金屬化程度變得更強, 即發生了所謂的威爾森轉變（Wilson transition）。因此，當人們所認為的“簡單”金屬，例如鹼金屬、鹼土金屬在高壓下呈現出相反的壓制金屬化行為時，即發生了從金屬到絕緣體的相變，人們對這種壓制反金屬化行為感到十分驚奇。為了更好地理解這種壓制反金屬化行為，我們從具有金屬性的富鋰碳化物開始研究，研究發現在百萬大氣壓下，富鋰碳化物呈現出與單質鹼金屬、鹼土金屬類似的反金屬化特徵。該研究拓展了以前研究範圍，預示著反金屬化行為不應該局限於鹼金屬、鹼土金屬等單質材料中，而可能是具有更普遍物理的意義，例如這裡所研究的鋰碳化合物。 我們知道，晶體的結構信息是我們能夠很好地去認識、理解和功能化材料的重要的出發點，這是因為晶體的結構信息直接決定材料的基本物理和化學性質。在該項目執行過程中，我們獨立自主地開發編寫了晶體結構預測和分析軟體包ELocR，該軟體包具有完全的智慧財產權，為以後的相關問題的研究和知識創新打下了良好的基礎。在研究高壓下材料的壓制金屬化和反金屬化過程中，為了定量地去描述金屬材料中自由電子的演化過程，我們定義了費米面填充參數（Fermi Surface Filling Parameter）。通過基於 ab initio GW 方法的費米面填充參數和電子能帶帶隙的計算，我們定量地研究了高壓下富鋰碳化物的反金屬化過程, 並並探究了反金屬化機制的普遍規律。