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高温超导体自发现以来,就是人们研究的重点和热点,其机理问题更一直是凝聚态物理学界的一大难点。目前发现的高温超导体绝大多数可归于两大体系:铜氧化物高温超导体系和铁基高温超导体系。通过对两类高温超导体结构、性质和超导电性的成因等方面的研究,对高温超导现象的认识不断加深,但是至今为止还没有一个能够被普遍接受的理论可以解释高温超导体的诸多正常或反常特性。如果能够将至少两种“超导层”或“类超导层”置于同一物质中,那么就可以在同样的环境条件下同时观测多种特征结构,对研究产生超导电性的本质原因会有巨大的推动作用。 本文在总结前人所做类似工作的基础上,根据已有高温超导体或类高温超导体的结构特性,以R2CuO4(R=稀土元素,下同)和R2O3Fe2Se2为母相设计出一系列同时具有CuO2层和Fe2Se2O层的高温超导候选材料——R4CuO7Fe2Se2;使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对所设计结构进行优化,根据所设计结构和母相的基态能的相对大小,分析其相对稳定性。基态能对比结果显示,至少在基态情况下新结构在能量方面相对于两种母相更加有利。 在确定所设计结构相对于母相比较稳定的基础上,使用第一性原理计算软件计算Pr4CuO7Fe2Se2和其母相的电子结构,并据此预测所设计结构的物性。通过对比是否考虑自旋极化及具有反铁磁序结构情形系统的电子性质,发现所设计物质更倾向于表现为反铁磁相,与两种母相一致,也符合对新结构的预期;新结构的性质与铜氧化物高温超导体类似,但是Fe2Se2O层对结构的性质也会有一定的影响;CuO2层和Fe2Se2O层同时在费米能级附近起到关键性作用,但是二者作用能级范围不同,可以区分进行观测,这对于高温超导体的研究具有重要意义。 最后,认为有必要对所设计物质进行实验探索。使用一步反应法和多步反应法,以多种不同的烧结温度尝试合成所设计新结构,但是产物中多是RFeO3和RCuSeO等物质。根据原料和产物中各元素的电负性对比,推测,需要在一定的还原性氛围中进行实验,一定程度上抑制Fe2+的还原性,才能保证反应按照预期进行生成目标产物。