高压下Ti-P-H等三元化合物的结构和超导特性计算研究

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科学家们一直在探索高温超导材料。最近富氢化合物作为一类新的高温超导材料的候选者成为了研究热点。理论计算与预测氢化物高温超导材料,旨在发现高的超导临界转变温度(Tc)的稳定材料,为实验发现氢化物高温超导体提供理论信息。本文主要对高压下TiPHn(n=1-8)和TiPB4三元化合物体系的结构和超导电性进行了理论计算研究。我们采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对TiPH1-8体系和TiPB4体系的结构进行了搜索,并采用密度泛函理论(DFT)方法,计算研究了这些体系的超导电性。主要内容包括:TiPH1-8结构与Tc的计算研究。由于Ti对氢具有较高的亲和力,Ti-H化合物具有较好的稳定性。受此启发,我们在P-H化合物中加入了Ti元素,旨在解决P-H化合物的热力学稳定性差的问题。研究结果表明,TiPH4和TiPH8具有较高的Tc值和较好的稳定性,解决了磷氢化物不稳定性的问题。TiPH和TiPH4分别在50-200和250-300 GPa时最稳定。在100和250 GPa时,R-3m-TiPH4结构的Tc预测值分别为51.57和62.36 K,TiPH8-C/2m结构在250 GPa压强时Tc为66.67 K,且它们具有较好的热力学稳定性和较大的杨氏模量,显示其合成具有可能性。另外,我们计算了APH4(A=Na,Mg,Al和S)体系的结构与性质。对三元氢化物APH4(A=Na,Mg,Al和S)的计算研究发现,APH4体系的结构具有热力学与动力学稳定性,最稳定的结构分别为NaPH4-C2/m,MgPH4-Cm,和AlPH4-R3m。其中NaPH4-C2/m和AlPH4-R3m在所研究的压强范围内不呈现金属性。相比TiPHn体系,APH4(A=Na,Mg,Al和S)体系缺乏良好的超导电性。我们还尝试将TiPH4的结构中H元素用B进行替换,计算和预测了TiPB4的结构和性质,研究结果表明TiPB4的热力学和动力学都是稳定的,最稳定结构是250GPa下的P4mm结构,但超导临界转变温度只有~0.94 K。
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