探討近年來研究高溫超導材料的趨勢，除了傳統的銅氧化物超導體，鐵基超導(Iron-based superconductors)材料為探討的新方向，更高臨界溫度材料也不斷被發現。而鐵基超導始終尚未有一個完美的實際理論運作機制可以解釋，而不同材料的臨界溫度Tc在特定外加壓力或參雜時均會有增加的現象，故鐵基超導的研究領域實為廣闊。 除了可利用實驗分析外，本論文利用第一原理計算軟體Vasp，亦可運用計算分析電子特性。研究分析內容分成三個部分︰ 第一部分探討基本的鐵基超導材料FeS、FeTe、FeSe的電子性質，如態密度、能帶結構及費米面。同結構的FeS、FeTe、FeSe有共通的特性，三種材料的態密度極為相似，其中Fe的d軌域貢獻在費米能量之上約在-2eV到2eV之間，而Se、Te及S的p軌域主要貢獻在費米能量之下，三種材料的費米面也極為相似。第一部分另探討√2×√2 AFMⅡ結構的FeSe，在0至120kB的外加壓力下晶格常數的趨勢變化，發現在70kB至80kB時，會有晶格常數Z軸長度小於X、Y長度的情況。 第二部分探討在BaFe_2 As_2 晶格中，以參雜不同濃度的Ru以取代Fe， ( 即Ba(Fe1-xRux)2As2 ) 的電子性質。考慮不同Ru參雜濃度X = 0.125與0.25，及不同Fe及Ru的磁性方向排列，詳盡的探討Ru削弱Fe的實際運作，考慮是否因為電荷轉移而造成Fe磁性削弱的現象，並判斷哪一種參雜結構最為為穩定。 第三部分探討在BaFe_2 As_2 晶格中，考慮同時以Ru取代Fe及以P取代As的參雜情況，( 即Ba(Fe1-xRux)2(As1-yPy)2 )，藉由不同Ru參雜濃度X = 0.125、0.25及Y = 0.125、0.25。Ru取代Fe及P取代As，以第一原理計算探討電子性質，可以發現與Fe連結的P，亦有削弱磁性的現象。 / In recent years, besides the traditional copper oxide superconductors, Iron-based superconductors and higher critical temperature materials have become a new trend in research of high Tc superconductors . As the traditional copper oxide superconductors are still lacking a perfect theorem to explain how they work, and the higher critical temperature materials in different outer pressures or in the situation of doping have the problem of Tc increase, the research of Iron-based superconductors is therefore considered to be more potential. Instead of experimental analysis, this thesis applies the first principle calculation software – Vasp to analyze the electron properties. The main discussions are broken down into three significant parts with conclusions as follows: Part I is the discussion on the electron properties of FeS, FeSe and FeTe, such as density of state, band structure and Fermi Surface, and the change of the lattice constant of FeSe. Part II is the discussion on the doping effect. I choose Ba(Fe1-xRux)2As2 , that is, we substitute Ru for Fe by different X. By considering different types of spin polarize and different places where Ru doped in Ba(Fe1-xRux)2As2 crystal. The doping of Ru shows a property of the suppression of the magnetic moment. Ru atoms like to remain nonmagnetic in this structure. We consider two circumstances, X = 0.125 and X = 0.25. By using the first principle calculation method, we are trying to figure out how the suppression works. Part III--- we consider Ba(Fe1-xRux)2(As1-yPy)2 . By replacing Ru and P at the same time, we find that the P substations also decrease the magnetic moment of the nearest iron atoms. We consider X = 0.125 and 0.25，Y = 0.125 and 0.25.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第13780号 / 工博第2884号 / 新制||工||1426(附属図書館) / 25996 / 京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 / (主査)教授 北村 隆行, 教授 宮﨑 則幸, 教授 立花 明知 / 学位規則第4条第1項該当

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23893号 / 工博第4980号 / 新制||工||1778(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 宇田 哲也, 教授 邑瀬 邦明, 教授 中村 裕之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17515号 / 工博第3674号 / 新制||工||1559(附属図書館) / 30281 / 京都大学大学院工学研究科マイクロエンジニアリング専攻 / (主査)教授 立花 明知, 教授 木村 健二, 教授 田中 功 / 学位規則第4条第1項該当

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17568号 / 工博第3727号 / 新制||工||1568(附属図書館) / 30334 / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 田中 功, 教授 酒井 明, 教授 邑瀬 邦明 / 学位規則第4条第1項該当

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23510号 / 工博第4922号 / 新制||工||1769(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 田中 功, 教授 中村 裕之, 教授 邑瀬 邦明 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第20333号 / 工博第4270号 / 新制||工||1661(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 河合 潤, 教授 酒井 明, 准教授 弓削 是貴 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

在此論文中，我們利用第一原理計算研究多鐵材料Cu3Mo2O9的磁性、電子態及多鐵性質。我們發現在此系統中，電子與電子間的庫倫排斥力必須被考慮，以致於導帶與價帶間能隙能夠被良好地描述。由於晶體結構所導致的幾何不穩定性，系統的磁結構尚未在實驗測量中被確定。在我們的理論計算當中得到的磁結構與Vilminot等研究人員根據實驗結果猜測出的非線性反鐵磁結構類似。交換作用與自旋軌道耦合間的爭競決定了電子自旋方向的傾斜。計算所得到的交換作用係數與實驗結果吻合良好。利用Berry’s phase計算，我們得到了系統自發電極化的理論值，其強度與實驗量測值在同一個數量級。然而，在我們計算中得到的電極化方向(平行於b軸)與實驗(平行於c軸)不符。此外，我們發現一磁結構之理論電極化方向與實驗相符，然而其磁結構之對稱性與實驗不符。目前，尚未有第一原理計算研究此氧化物，我們希望此論文能夠對同樣有興趣研究此材料的研究人員有所幫助。 / In this thesis, we used the ab initio method to study a multiferroic oxide Cu3Mo2O9. The correlations of electrons must be considered in this system so that a reasonable energy gap can be obtained. Due to the geometric frustration of magnetic structure caused by crystal structure, the ground state spin configuration in this system still has not been determined experimentally. We found some spin configurations similar to the non-collinear anti-ferromagnetic spins configuration suggested by Vilminot et al.. Competition between exchange interactions and spin-orbit coupling effect determines the canting of spins on Cu atoms. The calculated exchange parameters agree with the experimental results well. By using Berry phase calculations, we obtained the theoretical value of spontaneous electric polarization. The strength of polarization in our results is in the same order of results of experiments. However, the direction of electric polarization we found (along b-axis) is different from the experimental measurements (along c-axis). We have found a spin configuration that the theoretical electric polarization of the state agrees with the experimental results. However, the symmetry of the spin configuration does not satisfy the conditions suggested by results of the neutron diffraction experiment. And, spins on neighboring Cu2 and Cu3 do not form a singlet dimer. Since there still is no ab initio calculation studying this oxide, we hope that our studies can help those who are also interested in this material.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24178号 / 理博第4869号 / 新制||理||1697(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 倉田 博基, 教授 島川 祐一, 教授 寺西 利治 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM