【摘 要】
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电荷密度波(CDW)是一种简单的电子电荷的周期性重组,并且伴随着原子结构的周期性调制。时至今日,人们对电荷密度波的理解仍然不够全面,并持续有新的物理现象被发现。通过系统研究材料中的电荷密度波,人们对系统中内禀的电子-声子耦合系统以及二者间的关联效应等相互作用有了更深层次的认识。与此同时,低维材料中的磁性、超导等物理性质也可以通过精准调控材料中的电荷密度波得到有效控制。铀是周期表中唯一在常压下表现出
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电荷密度波(CDW)是一种简单的电子电荷的周期性重组,并且伴随着原子结构的周期性调制。时至今日,人们对电荷密度波的理解仍然不够全面,并持续有新的物理现象被发现。通过系统研究材料中的电荷密度波,人们对系统中内禀的电子-声子耦合系统以及二者间的关联效应等相互作用有了更深层次的认识。与此同时,低维材料中的磁性、超导等物理性质也可以通过精准调控材料中的电荷密度波得到有效控制。铀是周期表中唯一在常压下表现出电荷密度波态的元素。α-铀在温度为43、37和22 K时,转变为电荷密度波态,对应的电荷密度波相表示为α1,α2和α3。铀从α相到α1相的第一次转变,只涉及沿a方向的传统α-铀单胞的加倍,是非常简单的,并因此引起了相当多的关注。从实验的角度来看,对材料施加应变是为数不多的具有可控性和可逆性的调节电子结构的处理方法之一。对材料施加应变可以改变材料的能带结构,从而为解释电荷密度波相的相关物性提供具体的理论支持。本文在密度泛函理论的框架下研究了应变对α-铀电荷密度波(CDW)序的影响,主要研究内容如下:(1)通过改变晶格常数a,b,c中的任意一个来模拟沿这个方向施加应变,同时充分弛豫另外两个晶格常数,得到α-铀晶格常数随单轴应变发生变化的结果。结果显示a,c两轴对彼此受到应变作用的响应不太敏感,即单独沿a方向施加应变对晶格常数c几乎没有影响,反之亦然。(2)通过计算不同单轴应变条件下α-铀和α1-铀的原子能量差得到对应电荷密度波形成能,通过电荷密度波形成能的改变来评估α-铀中电荷密度波序的变化。结果表明沿α-铀的a和b方向的施加拉伸应变会增强α-铀由于电荷密度波形变带来的能量稳定性,而沿α-铀的c方向施加拉伸则应变会抑制电荷密度波相的能量稳定性。(3)为了验证能量计算的结果,在不同单轴应变条件下计算α-铀的电子结构,包括费米面和能带。同时从电子结构的角度说明应变是如何调制电荷密度波的。(4)从α-铀的声子色散曲线存在的固有软膜出发,在应变条件下对体系做声子谱计算,进一步说明应变对α-铀电荷密度波相稳定性的影响。基于第一性原理计算,本文建立起了单轴应变与α-铀中电荷密度波序的初步联系,为实验上合成铀薄膜提供了理论指导。同时,探寻了铀作为新一代电荷密度波器件的潜力。
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