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近来,随着科技的进步,尤其是计算机技术日新月异的发展,计算材料学也得到了迅猛的发展。越来越多的科研工作者基于第一性原理,借助先进的模拟软件对新型材料进行探索研究,并得出了非常有价值的计算结果,这对创造新型材料,探索材料科学未知领域有很重要的意义。
在这样的背景下,本文在第一章概括性的介绍了计算材料学的飞速发展,并对CASTEP软件的理论基础和整体情况进行了阐述。CASTEP使用量子化学计算第一性原理的密度泛函理论(DFT)来研究半导体、陶瓷、沸石、矿物、金属等材料的各种性质。
本文在第二章讲述了如何使用CASTEP模拟计算软件对LaZnAsO、LaFePO这两种具有代表性的材料进行电子结构方面的计算,并将计算得到的能带结构、态密度(DOS)、电子密度分布、费米面等计算结果与之前文献中提供的数据进行了比较,前后两组数据基本吻合,这证明了本文使用CASTEP进行模拟计算的操作方法是正确的。
关于高温超导体的研究一直是科学界非常热门的课题。最近关于超导体的研究中发现,与铜氧化物高温超导体类似,新型铁砷超导体也具有准二维晶体结构特征。新型铁砷超导体具有Fe2As2层As—Fe2-As三明治结构,这对其产生超导电性有很大贡献。正是由于铁基超导体在结构上和性质上的独特性,所以引发了人们的探索和研究。本文在第三章重点讲述了如何使用CASTEP模拟计算软件对新型铁砷超导材料Ba2CuO2 Fe2 As2的电子结构进行计算。本文使用CASTEP软件,首先构建BaS CuO2 Fe2 As2晶胞,其次对晶胞结构进行几何优化,得到最符合实际的晶胞结构,然后在优化后的晶胞结构的基础上,进行能带结构、态密度(DOS)、电子密度分布、费米面等电子结构的计算,最后通过图表的形式将计算结果展示出来,并根据图表进行相关性质的讨论。通过分析晶胞结构发现,Ba2 CuO2 Fe2 As2中As—Fe—As键角为121.611度,这与已有的几种铁砷超导材料的As—Fe—As键角数值比较相近,证明Ba2 CuO2 Fe2 As2可能具有很好的超导电性。通过分析能带结构发现,Ba2 CuO2 Fe2 As2表现出金属特性。通过分析态密度发现,Ba2 CuO2 Fe2 As2中Fe原子的d轨道电子对材料呈现金属特性贡献很大。通过分析电子密度分布可以得到Ba2 CuO2 Fe2 As2中的成键情况。分析结果表明,Ba2 CuO2 Fe2 As2可能是一种很好的铁砷超导体材料。这些模拟计算得到的数据和结论,为接下来的材料实验合成与特性探究等科研工作提供了数据参考。