SrAuSi3 ve SrAu2Si2 kristallerinin fiziksel özelliklerinin teorik olarak hesaplanması
Investigating superconductivity in body centered tetragonal structures using density functional theory
Yazar: ENES ARSLAN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN MURAT TÜTÜNCÜ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yoğun madde fiziği = Condensed matter physics

Özet:
Geleneksel süperiletkenlerde kristal yapının tersinir simetrisi Cooper çiftlerinin biçimlenmesinde etkin rol oynarlar. Bu nedenle BaNiSn3-tipi c-ekseni boyunca tersinir simetrisi olmayan materyallerde süperiletkenliğin ortaya çıkmasıyla merkezi simetrik olmayan süperiletkenler hem teorik hem de deneysel açıdan oldukça güncel bir konudur. Ve yine aynı sebeple Hacim Merkezli Tetragonal BaNiSn3 yapıda kristalleşen yeni merkezi simetrik olmayan süperiletkenlerin keşfedilmesi için çok sayıda deneysel çalışma yapılmıştır. Bunun sonucunda SrAuSi3 malzemesinde süperiletkenlik keşfedildi. Her ne kadar süperiletkenlik deneysel olarak bulunmuş olsa da elektronik ve fonon özellikleri detaylı olarak incelenmemiştir. Fononlar ve elektronlar süperiletkenlik için çok önemlidirler, çünkü Bardeen-Cooper-Schrieffer'in BCS teorisinde açıklandığı gibi fononlar, Cooper çiftleri oluşumunda etkin rol oynarlar. Bu nedenle çok kuvvetli bir şekilde SrAuSi3 malzemesinde süperiletkenliğin anlaşılması için elektronik ve titreşim özelliklerin incelenmesinin şart olduğunu düşünüyoruz.

Son yıllardaki çalışmalar, ilk-prensip hesaplamaların malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin araştırılmasında en uygun yöntem olduğunu göstermektedir. Bu nedenle SrAuSi3 ve SrAu2Si2 malzemelerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin ilk-prensip metodu ile incelemesinin faydalı olacağını düşünüyoruz. Bu materyallerin elektronik yapısını Fermi enerjisi yakınlarında inceleyeceğiz çünkü BCS teorisine göre Cooper çiftleri Fermi seviyesine yakın elektronlar tarafından oluşturulur. Bu sonuçların ışığında bu materyallerde fononların çalışılması için lineer tepki metodu uygulanacaktır. Bu materyallerde fonon dağılım eğrileri ve durum yoğunlukları detaylı olarak incelenecektir. Özel olarak alan-merkezi fonon modları farklı katıların örgü dinamiğinde farklı deneysel metotlarla elde edildiklerinden özel bir yer tutarlar. Bu nedenle alan-merkezli fonon modlarının özuzanımları bu materyallerde analiz edilecektir. Son olarak bu materyaller için Fermi seviyesinde durum yoğunlukları N(EF), Eliashberg spektral fonksiyonu α2F(ω), elektron-fonon etkileşim parametresi (λ) ve süperiletkenlik geçiş sıcaklığı (Tc) gibi parametrelerin hesaplanması için elektron-fonon etkileşimlerinin ab initio hesaplamaları yapılacaktır. Bu hesaplayacağımız süperiletkenlik parametreleri kullanarak bu materyallerde süperiletkenliğin kaynağı açıklanacaktır.

Abstract:
The inversion symmetry of a crystal structure plays a central role in the formation of Cooper pairs in conventional super- conductors. 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. Thus, considerable experimental works have been made for the discovery of new noncentrosymmetric superconductors which crystallize in the body-centred tetragonal BaNiSn3 structure. Then, superconductivity has been discovered for SrAuSi3 material. Although superconductivity has been found experimentally, their electronic and phonon structures have not been studied in detail. Phonons and electrons are essential in the phenomenon of superconductivity because phonons 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. Thus, we strongly believe that electronic and vibrational properties of SrAuSi3 material must be studied in order to understand the origin of superconductivity in this material.

Recent years show that first-principles calculations offer an invaluable tool for carrying out theoretical studies of an important number of physical and chemical properties of the condensed matter with great accuracy. Therefore, we think that it is worthwhile to perform first-principles calculations for the structural and electronic properties the SrAuSi3 and SrAu2Si2. With the availability of these results, a linear response method will be applied to study phonons in these materials. Phonon dispersion curves and phonon density of states for these BaNiSn3 compounds will be presented and discussed in detail. In particular, the zone-centre phonon modes are of special interest in the lattice dynamics of solids since they can be obtained by various experimental methods. Thus, the eigendisplacement of zone-centre phonon modes in these materials will be analysed. Finally, we will carry out ab initio calculations of electron-phonon 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), and superconducting transition temperature (Tc). Using the calculated superconducting parameters, we will explain the origin of superconductivity in these materials