İlk-prensipler metodu ile hekzagonal ZrRuAs bileşiğinin fiziksel ve süperiletkenlik özelliklerinin incelenmesi = Probing the physical and superconducting properties of hexagonal ZrRuAs: A first-principles calculation

Abstract

Bu tez çalışmasında hekzagonal ZrNiAl-yapıda kristalleşen ZrRuAs bileşiğinin süperiletkenlik özelliğinin altında yatan mekanizmanın incelenmesi hedeflenmiştir. Bu nedenle ZrRuAs bileşiğinin yapısal, elektronik, elastik, mekanik, titreşim ve elektron-fonon etkileşimi özellikleri ilk-prensipler sözdepotansiyel metodu ile incelenmiştir. Fermi seviyesinde durum yoğunluğuna bakıldığında Ru 4d ve Zr 4d orbitallerinin ZrRuAs bileşiğinin iletkenlik özelliklerine ana katkıyı yaptığı görülmektedir. Dikkatli bir şekilde incelenmiş olan elastik ve mekanik özellikler metalik bağlar nedeniyle ZrRuAs bileşiğinin yumuşak (esnek) bir karaktere sahip olduğunu göstermektedir. Γ-K ve Γ-M-K simetri yönleri boyunca en düşük enine akustik dal ve düşük enine optik dallarda ZrRuAs bileşiğinin fonon spektrumundaki anomaliler gözlemlenmiştir. Bu da bu fonon dallarının anomalilerinin elektron-fonon etkileşimini önemli miktarda arttıracağından ZrRuAs bileşiğinin süperiletkenlik özelliği göstermesi açısından çok önemlidir. Yapılmış olan elektron-fonon etkileşimi hesaplamaları Rutenyum atomunun süperiletkenliğin oluşmasında önemli bir rol oynadığını ortaya koymakta ve ZrRuAs'in 1,32 değerinde güçlü elektron fonon etkileşimi ile geleneksel fonon kaynaklı süperiletkenlik gösterdiğini ispatlamıştır. Bu güçlü elektron-fonon etkileşimi sonucunda ZrRuAs için hesaplanan süperiletkenliğe geçiş sıcaklığı 11,12 K olup deneysel sonuç olan 12 K ile iyi bir uyum içerisindedir.

In this thesis, in order to find out the underlying mechanism of superconductivity in ZrRuAs with the hexagonal ZrNiAl-type layer crystal structure, ab initio pseudopotential calculations have been realized on its structural, electronic, elastic, mechanical, phonon and electron-phonon interaction properties. In the vicinity of the Fermi level, Ru 4d and Zr 4d states dominate and mainly contribute to the conduction properties of ZrRuAs, A critical assessment of elastic and mechanical properties for ZrRuAs reveals that this superconductor is soft (ductile) due to remarkable metallic bonding. Phonon anomalies have been observed in the phonon spectrum of ZrRuAs for the lowest transverse acoustic branch and low-frequency transverse optical branches along the Γ-K and Γ-M-K symmetry directions. Therefore, these phonon branches play an important role in the formation of superconducting state for ZrRuAs since their phonon anomalies considerably increase their electron-phonon coupling parameters. Our electron-phonon interaction calculations reveal that ZrRuAs is a conventional phonon-mediated superconductor with strong electron-phonon coupling parameter of 1,32 in which Ruthenium is considered to be more dominant element in determining the development of superconducting. The strong electron-phonon coupling parameter of ZrRuAs produces its superconducting transition temperature to be 11,12 K which accord well with its experimental values of 12 K.