应用本征超导态理论计算多元材料超导临界温度以及掺杂的理论分析

摘要

本文以邹壮辉等人提出的本征超导态理论和复杂晶格结构的等效价键分析方法为基础，研究了一些结构较为复杂的多元超导材料的等效价键结构的构造方法，确定了适用多元材料超导临界温度计算的参数取值通用规则，由此确定材料的计算参数。计算了YBa2Cu3O7、Bi2Sr2Can-1CunO2n+4(n=1，2，3)、Tl2Ba2Can-1CunO2n+4(n=1，2，3，4)、TlBa2Can-1CunO2n+2.5(n=1，2，3，4，5)等3个系列共13种多元材料的超导转变临界温度Tc，结果显示:除Tl2Ba2Ca3Cu4O12和TlBa2Ca4Cu5O12.5两种材料的Tc计算误差偏大之外，其余材料计算Tc值与实验测量值吻合。
　　以金属原子为晶体结构框架，计算YBCCO、BSCCO、TBCCO晶体的间隙位置及间隙球半径。结果表明:全部的氧原子都占据间隙半径较大的八面体间隙位置，计算结果与实际相吻合;此外，从尺寸因素和掺杂元素能否提供传导电子两个因素出发，讨论掺杂后Tc的变化，得出结论:F-、Ga+、In+、Tl+、Pb2+、Sn2+、Ge2+、C2+、Sb3+、As3+、Bi3+、N3+满足尺寸因素，可能进入晶格中，占据间隙位置，并且能够提供传导电子，有利于提高材料的Tc值。
　　运用本征超导态理论对一些已有实验规律进行解释，发现MgB2、YBa2Cu3O7、Bi2Sr2Can-1CunO2n+4(n=1,2,3)、Tl2Ba2Can-1CunO2n+4(n=1,2,3,4)、TlBa2Can-1CunO2n+2.5(n=1，2，3，4，5)等22种超导材料均有0.653＞（Ne/Va）1/3＞0.600的规律，本文对这一规律进行了初步解释。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 概述

1．2 超导电性的发现

1．3 超导电基本性质

1．3．1 迈斯纳效应

1．3．2 超导材料基本参量

1．3．3 约瑟夫森效应

1．3．4 能隙效应

1．3．5 涨落效应

1．3．6 同位素效应

1．3．7 超导电子有序化

1．3．8 两种超导体

1．3．9 超导材料的分类

1．4 超导电性研究年纪

1．5 课题研究方向和主要内容

1．6 课题研究意义

第2章 超导研究进展

2．1 实验研究与应用进展

2．1．1 高温超导材料研究进展

2．1．2 超导材料电力应用进展

2．1．3 超导材料实验与应用研究展望

2．2 理论研究

2．2．1 低温超导理论发展

2．2．2 高温超导理论的探索

2．2．3 关于已有超导理论的讨论

第3章 本征超导态理论

3．1 本征超导态理论提出的背景

3．2 对已有理论的分析

3．3 本征超导态模型的一般描述

3．3．1 零电阻条件

3．3．2 本征超导态理论基本假定

3．3．3 本征超导态理论的基本公式

3．3．4 相关参数的确定方法

3．4 本征超导态理论特点

第4章 多元材料超导临界温度Tc计算

4．1 YBa2Cu3O7超导临界温度Tc的计算

4．1．1 传导电子数Ne和摩尔体积Va的确定

4．1．2 电离能Ei和E1的取值

4．1．3 有效电子通道数n(θ)ff

4．1．4 YBa2Cu3O7的临界温度Tc的计算

4．2 BSCCO材料超导临界温度Tc确定的计算

4．2．1 Bi-2201材料相关系数确定及超导临界温度的计算

4．2．2 Bi-2212材料相关系数确定及超导临界温度Tc的计算

4．2．3 Bi-2223材料相关系数确定及超导临界温度的计算

4．3 TI系超导体超导临界温度的计算

4．3．1 TI2Ba2Can-1CunO2n+4(n=1，2，3，4)超导临界温度的计算

4．3．2 TIBa2Can-1CunO2n+2．5(n=1，2，3，4，5)超导临界温度的计算

4．4 讨论

4．4．1 对Tc计算结果的分析讨论

4．4．2 关于n(θ)ff的讨论

4．4．3 关于(Ne／Va)1／3的讨论

4．4．4 只有一个传导电子的材料不可能具有超导电性

第5章 高温超导材料掺杂的理论分析

5．1 常见晶体结构中典型间隙

5．1．1 FCC晶体结构中的间隙

5．1．2 BCC晶体中的间隙

5．2 高温超导材料晶体结构中间隙球的计算

5．2．1 YBa2Cu3O7晶体结构中间隙球的计算

5．2．2 BSCCO晶体结构中间隙球的计算

5．2．3 铊系晶体结构中间隙球的计算

5．3 对计算结果的讨论

5．3．1 从尺寸因素的考虑

5．3．2 可掺杂元素进入晶体后对超导电性的影响

5．3．3 关于超导体掺杂的讨论

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文