近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所物質(zhì)計(jì)算科學(xué)研究室研究員鄒良劍與美國加州大學(xué)戴維斯分校教授Warren Pickett合作，在新型含氫鐵基超導(dǎo)體電子性質(zhì)方面的研究取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)摻氫使體系出現(xiàn)一個(gè)非常規(guī)的能帶色散，導(dǎo)致在費(fèi)米能級(jí)以下的特殊的范霍夫奇異性（van Hove singularity），可能有利于體系形成高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。相關(guān)成果發(fā)表在Phys. Rev. B 93, 195148 (2016)上。
目前發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料主要有四大類，雖然這些化合物基本結(jié)構(gòu)單元非常類似，但是不同化合物的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度差別卻非常大；同時(shí)，通過對(duì)比研究不同體系的電子性質(zhì)，可為澄清鐵基超導(dǎo)材料的超導(dǎo)關(guān)鍵機(jī)制提供一種非常有效的手段。最近發(fā)現(xiàn)的新型La摻雜的含氫鐵基超導(dǎo)體鈣鐵砷氫（CaFeAsH），其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)47 K，成為新型鐵基高溫超導(dǎo)體電子性質(zhì)的重要研究對(duì)象，有可能對(duì)高溫超導(dǎo)體非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)制的研究帶來新的啟示。
為了研究H‒和F‒等價(jià)離子摻雜的不同影響，研究人員計(jì)算了CaFeAsH中H被F替代前后，以及不同替代量的能帶（圖1）、態(tài)密度、費(fèi)米面以及電荷密度差（圖2）等電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)摻氫使體系形成一條非常規(guī)的具有強(qiáng)色散的能帶，如圖1所示，在費(fèi)米能級(jí)下出現(xiàn)一個(gè)特殊的范霍夫奇異性，導(dǎo)致CaFeAsH的三維特征費(fèi)米面不同于鈣鐵砷氟（CaFeAsF）。這種獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)特征可能會(huì)對(duì)提高超導(dǎo)電性具有非常重要的影響。同時(shí)，研究人員通過進(jìn)一步計(jì)算CaFeAsH的磁基態(tài)和對(duì)費(fèi)米面嵌套分析，如圖3所示，證明其基態(tài)為條紋反鐵磁相；針對(duì)實(shí)驗(yàn)上的摻雜濃度，研究表明La或Co摻雜會(huì)明顯抑制CaFeAsH的費(fèi)米面嵌套，破壞了母相的磁有序態(tài)，從而導(dǎo)致體系出現(xiàn)超導(dǎo)。
上述研究成果得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和美國國家科學(xué)基金的資助。
論文信息：Y. N. Huang, D. Y. Liu, L. J. Zou*, Warren E. Pickett*, Role of Hydrogen in the Electronic Properties of CaFeAsH-based Superconductors, Physical Review B 93, 195148 (2016).
圖1. As-4pz軌道的特征能帶圖
圖2. 相同晶格參數(shù)下電荷密度差值ρ(CaFeAsH)-ρ(CaFeAsF)
圖3. 費(fèi)米面嵌套和嵌套函數(shù)
