First-principles calculation of superconducting transition temperature of AlxLiyPdz ternary materials

Abstract

A supercondutividade é um estado da matéria que exibe uma combinação de propriedades elétricas e magnéticas notáveis que aparecem em materiais quando a temperatura desses materiais diminui abaixo de certa temperatura crítica (Tc). Essas propriedades são resistência zero, corrente permanente, diamagnetismo perfeito, etc.A descoberta do comportamento supercondutor de MgB_2 gerou um novo interesse em supercondutores convencionais. Uma das aplicações da superconductividade está na distibuição de electricidade por longas distâncias. A ductilidade de um material supercondutor é uma clara vantagem na fabricação de fios diferentemente das cerâmicas frágeis que são típicas de compostos supercondutores de alto Tc. Do ponto de vista teórico, existem pelo menos duas vantagens dos materiais supercondutores metálicos, eles têm ductilidade e o mecanismo por detrás de sua supercondutividade é conhecido. O objetivo principal desta tese foi analisar um conjunto de novos materiais metálicos ternários Al_xLi_yPd_z termodinamicamente estáveis e determinar sua temperatura de transição supercondutora a partir dos primeiros princípios. Os novos materiais foram previamente previstos por outros membros do grupo de investigação. Usamos a teoria do funcional de densidade e teoria perturbativa do funcional de densidade implementadas no software QUANTUM ESPRESSO para obter as informações electrônicas e supercondutoras. A equação de McMillan modificada por Allen-Dynes foi aplicada para calcular a temperatura de transição. Nossos resultados mostram que esses materiais são metais e funcionam no limite fraco de acoplamento electrão-fonão, ou seja, obedecem à teoria BCS. As constantes de acoplamento estão na faixa de 0,21 a 0,33, enquanto as temperaturas de transição estão entre 0 e 0,27 K.

Superconductivity is a state of matter exhibiting a combination of remarkable electric and magnetic properties which appear in materials when the temperature of these materials decreases below certain critical temperature (Tc). These properties are zero resistance, permanent current, perfect diamagnetism, etc.The discovery of MgB2's superconducting behavior spawned a new interest in conventional superconductors. One of the applications of superconductivity is in distribution of electricity over long distances. For that goal the wire must be ductile. The ductility of a superconductor material is a clear advantage in the fabrication of wires over the brittle ceramics typical of high-Tc compounds. From a theoretical point of view, there are at least two advantages of metallic superconductor materials, they have ductility, and the mechanism behind their superconductivity is known. The main goal of this thesis was to examine a set of thermodynamically stable new Al_xLi_yPd_z ternary metallic materials and determine their superconducting transition temperature from first-principles. These new materials were previously discovery by other members of the research group. We also used the density functional theory and density functional perturbation theory implemented in QUANTUM ESPRESSO software to obtain the electronic and superconducting properties. The Allen–Dynes-modified McMillan equation was applied to calculate the transition temperature. Our results show that these materials are metals and work in the weak electron-phonon coupling limit, i.e, they obey the BCS theory. The coupling constants are in the range from 0.21 to 0.33 range, while the transition temperatures are between 0 and 0.27 K.