【摘 要】
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超导相关的研究开始于二十世纪,经过漫长的发展,其应用已较为广泛。时至今日,室温超导体是目前学界重点关注的课题之一,而根据BCS理论预测金属氢可能是潜在的高温超导体。但由于金属氢需要非常高的压力,并且实验证据方面还存在着一些争议,因此富氢化合物已经成为人们研究的重点。其中经过理论预测并且在实验上证实的H3S在高压下具有203 K的高超导转变温度,相关研究一经提出便迅速引起了学界的广泛关注。作为实验上
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超导相关的研究开始于二十世纪,经过漫长的发展,其应用已较为广泛。时至今日,室温超导体是目前学界重点关注的课题之一,而根据BCS理论预测金属氢可能是潜在的高温超导体。但由于金属氢需要非常高的压力,并且实验证据方面还存在着一些争议,因此富氢化合物已经成为人们研究的重点。其中经过理论预测并且在实验上证实的H3S在高压下具有203 K的高超导转变温度,相关研究一经提出便迅速引起了学界的广泛关注。作为实验上获得H3S的反应前驱物,硫化氢常温常压下结构简单,但在不同温度压力条件下结构复杂,并且硫化氢解离过程产物众多,不同产物在H3S形成过程中作用不明,另外对于低温超导相相关研究未能得出一致结论。在本文中,作者运用第一性原理的计算方法进行结构搜索以及分子动力学模拟,针对H2S在一定温度和压力条件下的晶体结构,热力学性质,动力学性质,电学性质和超导电性等方面进行计算,得到了如下研究成果:（1）在0～40 GPa的压力范围内,采用相较前人更大的超胞寻找H2S体系的晶体结构,获得了具有P42/n和I41/a空间群的两种硫化氢新结构。P42/n和I41/a具有能量优势的压力区间分别为3-10 GPa和20-40 GPa,这一研究揭示了新的相变序列,进一步完善了硫化氢的相图。通过计算这两个结构的声子谱和能带图,发现二者热力学和动力学上均保持稳定,且电学上属于绝缘体。（2）在较高的压力范围内,我们基于从头算分子动力学模拟,利用P2/c（相IV）作为初始结构探究硫化氢解离过程,获得相关分子动力学轨迹和径向分布函数,并且在温度为250 K压力为160 GPa的条件下获得了一种新的P21/m相,其具有潜在的超导电性且超导转变温度Tc为82.5 K。这一部分工作对于研究硫化氢低温超导相的形成过程与性质具有重要的参考价值。我们也计算了P21/m的焓略高于此前提出的P-1结构。并且确认了P-1在100 K,200 K,300 K条件下加压最终均会转变为Cmca结构。
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