BaNiSn3-tipi Süperiletkenlerin Fiziksel Özelliklerinin Teorik İncelenmesi

Abstract

ÖZET Günümüzde alışageldik süperiletkenlerde kristal yapının tersinir simetrisi Cooper çiftlerinin biçimlenmesinde etkin rol oynar. Bu nedenle BaNiSn3-tipi c-ekseni boyunca tersinir simetrisi olmayan materyallerde süperiletkenliğin ortaya çıkmasıyla merkezi simetrik olmayan (noncentrosymmetric) süperiletkenler hem teorik hem de deneysel açıdan oldukça güncel bir konu olarak kabul görmektedir. Buna benzer sebeple Hacim Merkezli Tetragonal BaNiSn3 yapıda kristalleşen yeni merkezi simetrik olmayan (noncentrosymmetric) süperiletkenlerin keşfedilmesi için çok miktarda deneysel çalışma yapılmıştır. Bunun sonucunda LaPtSi3, LaPdSi3, LaRhSi3, LaIrSi3, SrAuSi3, CaIrSi3 ve CaPtSi3 gibi BaNiSn3 -tipi bileşenlerde süperiletkenlik gözlemlendi. Her ne kadar süperiletkenlik bu malzemeler için deneysel olarak gösterilmiş olsa da elektronik ve fonon özellikleri detaylı olarak incelenmemiştir Elektronlar malzemelerin elektriksel özelliklerinden sorumlu iken fononlar malzeme içerisindeki ses hızı ve sıcaklık değişimi için ne kadar ısı alması gerektiği gibi özellikleri belirler. İlave olarak fononlar ve elektronlar süperiletkenlik için çok önemlidir çünkü Bardeen-Cooper-Schrieffer’in BCS teorisinde açıklandığı gibi fononlar, Cooper çiftleri oluşturmasında etkin rol oynarlar LaPtSi3, LaPdSi3, LaRhSi3,LaIrSi3, SrAuSi3, CaIrSi3 ve CaPtSi3 gibi BaNiSn3-tipi bileşenleri ilkprensip hesaplamaları ile yapısal ve elektronik olarak incelemenin faydalı olacağını düşünüyoruz. Bu materyallerin elektronik yapısını Fermi enerjisi yakınlarında incelenmiştir çünkü BCS teorisinde Cooper çiftlerinin Fermi seviyesine yakın elektronlarca biçimlendirildiği bilinmektedir. Bu sonuçların ışığında bu materyallerde fononların çalışılması için lineer tepki metodu uygulanmıştır. Bu BaNiSn3-tipi bileşenlerde Fonon dağılım eğrileri ve durum yoğunlukları detaylı olarak incelenmiştir. Alan-merkezli fonon modlarının özuzanımları bu materyallerde analiz edilmiştir. Son olarak bu materyaller için Fermi seviyesinde durum yoğunlukları N(EF), Eliashberg spektral fonksiyonu α2F(ω),elektron-fonon etkileşim parametresi λ ,elektronik özgül ısı sabiti (γ) ve süperiletkenlik geçiş sıcaklığı (Tc) gibi parametrelerin hesaplanması için elektron-fonon etkileşimlerinin ab initio hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplanmış süperiletkenlik parametrelerini kullanarak bu materyallerde süperiletkenliğin kaynağı açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: BaNiSn3 yapı, süperiletkenlik, elektronik yapı, fononlar, elektron-fonon etkileşimi, yoğunluk fonksiyonel teorisi

ABSTRACT The inversion symmetry of a crystal structure plays an important role in the formation of Cooper pairs in conventional superconductors. Therefore, with the occurrence of superconductivity in BaNiSn3 type materials, which lacks inversion symmetry along the c-axis, noncentrosymmetric superconductors have considered as a hot topic of current research from both experimental and theoretical points of view. Superconductivity has been discovered for several BaNiSn3 compounds such as LaPtSi3, LaPdSi3, LaRhSi3, LaIrSi3, SrAuSi3, CaIrSi3 and CaPtSi3. Electrons are responsible for the electrical properties of materials, phonons determine such things as the speed of sound within a material and how much heat it takes to change its temperature. Phonons are essential in superconductivity because they play the role of bringing about the coupling between electrons to form Cooper pairs which are amenable for superconductivity, as explained in the Bardeen, Cooper, and Schrieffer (BCS) theory. First-principles calculations for the structural and electronic properties of the LaPtSi3, LaPdSi3, LaRhSi3, SrAuSi3, CaIrSi3 and CaPtSi3 is calculated. We have analysed the electronic structure of these materials close to the Fermi level because Cooper pairs in the BCS theory can be formed by electrons which have energies close to the Fermi level. With the availability of these results, a linear response method has been applied to study phonons in these materials. Phonon dispersion curves and phonon density of states for these BaNiSn3 compounds is presented and discussed in detail. We have carried out ab initio calculations of electronphonon interaction for this material in order to calculate their superconducting parameters such as the density of states at the Fermi level (N(EF )), the Eliashberg spectral function(α2F(ω)), the electron-phonon coupling parameter (λ), the electronic specific heat coefficient(γ) and superconducting transition temperature (Tc ). Using the calculated superconducting parameters, we explained the origin of superconductivity in these materials. Keywords: BaNiSn3 structure, superconductivity, electronic structure, phonons, electron-phonon interaction, density functional theory.