基于第一性原理计算的 Nb3Sn 应变敏感性与超导特性

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们研究了高场超导磁体 A15 Nb3Sn 的应变敏感性。Nb3Sn 晶胞的变形方式与在多股技术导线沿轴向施加载荷时实验观察到的情况相同。我们在不同施加应变水平 {\epsilon}（包括压缩侧和拉伸侧）下，计算了布里渊区不同高对称方向上的声子色散曲线和电子能带结构。从计算得出的平均声子频率和电子 - 声子耦合出发，通过 McMillan 公式的 Allen-Dynes 修正版计算了材料的超导特征临界温度 Tc。结果得到了典型的钟形 Tc 随 {\epsilon} 变化曲线，其在零本征应变处达到最大值，且在拉伸侧和压缩侧之间略有不对称。这些第一性原理计算表明，Nb3Sn 的应变敏感性具有微观和本征起源，源于 Nb3Sn 临界面的移动。此外，我们的计算显示，该化合物超导特性的变化与声子和电子性质的应力诱导变化相关。最后，从计算出的 Tc({\epsilon}) 曲线中提取了描述 Nb3Sn 应变敏感性的应变函数，并与多股导线的实验数据进行了比较。两条曲线均显示出预期的钟形行为，但导线的应变敏感性相较于理论预测的块体、完美二元且化学计量的 Nb3Sn 有所增强。理解这种差异的起源可能为改善此类系统的应变耐受性开辟潜在途径。