铁基超导体自旋-晶格耦合、磁涨落与超导电性研究

基于密度泛函微扰理论用晶格动力学方法计算铁基超导体在其反铁磁基态下的电子谱、声子谱及电声子耦合强度。通过比较考虑铁原子磁性前后电声子谱的变化，研究铁基超导体中由自旋密度波引起的磁涨落对晶格结构畸变与声子软化的作用，以及它们对电声子耦合强度的影响，理解自旋-晶格耦合在铁基超导体中的表现形式及所起的作用。另一方面，计算铁基超导体在顺磁态下的动力学自旋磁化率及费米面，通过比较动力学自旋磁化率峰值与费米面嵌套二者对应的晶格波矢的一致性，研究铁基超导体在低温下的非公度反铁磁结构的起源，同时通过动力学自旋磁化率的定量计算结果理解与之峰值高低相对应的磁涨落的大小与铁基超导电性的关系，从而为磁涨落引起铁基超导电性提供直接证据。

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算铁基超导体的电子与声子特性，研究声子软化、磁涨落等特性在自旋效应和掺杂效应的作用下对超导材料的电-声子耦合强度及超导电性的贡献。研究表明自旋效应使铁基超导体的原子振动模软化，有利于提高电-声子耦合常数、促进超导电性的出现；钴掺杂同时增强了电-声子和自旋-晶格相互作用，且使铁基超导体的自旋密度随有效电子关联势的变化表现出明显的涨落。该自旋密度涨落可能会以集体激发的形式传播并表现为动量空间中特定波矢q下的自旋涨落，为磁涨落诱发铁基超导电性提供理论依据。但定量计算表明在掺杂效应和自旋效应的共同作用下，铁基超导体的超导转变温度仍远远低于实验测量值，其超导成因应为多元素的耦合。另外，二元铁基超导材料FeSe的声子谱线在条纹反铁磁态下存在明显的频率隙，称为具有类声子晶体行为。作为具有超导电性的类声子晶体若能应用在滤波器等方面将会有较高的应用价值。