硒化铁反铁磁态关联效应的理论研究

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近年来,铁基超导体引起了人们的广泛关注,物理学家们迫切希望通过对这类含有磁性离子的新高温超导材料的研究,来打破人们以往认为高温超导不可能包含磁性原子的固有看法,从而可以解开高温超导电性的神秘面纱。块体FeSe材料在温度降低到约90K时存在一个从四方相向正交相的结构转变,并同时出现一种新的结构相---向列相,但向列相的起源并没有定论,目前主要认为向列相来源于磁性序和轨道序。FeSe是关联体系材料,关联效应对其电子性质有很大的影响,探究其对超导性的影响也是目前凝聚态物理领域的前沿热点和难点问题。本文首先通过第一性原理方法研究了单层FeSe反铁磁态的低能磁结构及其电子性质,并进一步通过Hubbard纠正的密度泛函理论(LDA+U)以及密度泛函理论与动力学平均场理论相结合(DFT+eDMFT)的方法探究了关联效应对FeSe电子性质的影响。在单层FeSe反铁磁态的计算中我们发现了一种新型的亚稳态磁性序,我们称之为QAFM。该磁性态是目前理论预测的FeSe单层磁性态中第三低能态,且晶格和电荷的C4对称性都被破坏,从而可能导致向列相的出现。我们的研究结果显示,向列相的产生是晶格,轨道和磁性共同引起的。对单层FeSe最低能磁性态——双棋盘反铁磁态(OAFM)在加入关联作用后电子性质研究的结果表明:在结构全优化的情况下加入库伦相互作用U后带隙出现打开-闭合-打开的现象,库仑相互作用U在费米能级附近对d轨道电子的影响是不同的,出现了轨道选择性。库仑相互作用U较小时,洪特耦合相互作用J对FeSe双棋盘反铁磁态的电子性质影响较大,而当U增大时,J对其电子性质的影响逐渐减弱。我们的研究结果中,新的亚稳态磁性序的发现,对解释FeSe在低温时出现的向列相具有重要参考意义,而FeSe关联效应的研究对揭示非常规的高温超导性的机理具有一定的参考意义。
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