Co_(2)MnSi_(1-x)Z_(x)(Z=B,P,As)Heusler合金的磁性和电子结构的第一性原理计算

通过第一性原理计算研究了Co_(2)MnSi_(1-x)Z_(x)(Z=B,P,As)Heusler合金的能带结构和自旋极化,同时也证明了具有不同价电子的其他元素Z对Si的取代可以控制费米能级在带隙中的移动。与此同时,随着同种Z元素浓度的变化,晶格参数具有接近线性变化的特征,并且这些合金的能带结构具有相似的特点。不同合金的磁矩随价电子数呈线性变化趋势,符合Slater-Pauling行为。由计算结果可知,当x=0.125左右,Co_(2)MnSi_(1-x)P_(x)和Co_(2)MnSi_(1-x)As_(x)合金具有较好的电子性质和较高的自旋极化。

Co基Heusler合金:磁性、半金属性,sp元素掺杂及在磁隧道结中的应用和发展

首先致力于介绍Co基Heusler合金的结构特征、磁性来源以及独特的半金属能带结构,以揭示这些合金独特的电磁性质和在磁隧道结中的应用潜力。在此基础上,进一步讨论了sp元素掺杂对调整Heusler合金电子结构和稳定其半金属性的重要意义。最后,通过分析Co基Heusler合金磁隧道结的电子输运原理,描述了Co基Heu-sler合金磁隧道结的研究现状和发展方向。

Heusler合金Mn_2TiGe的电子结构与磁性研究

基于密度泛函理论(DFT),采用第一性原理赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对Mn2TiGe Heusler合金的电子结构、磁性及半金属特性进行了研究。结果表明,Mn2TiGe的稳定晶体结构是Mn2CuAl型晶体结构;由能带计算得到Mn2TiGe的自旋磁矩为1.97μB,其中Mn、Ti、Ge原子的自旋磁矩分别为0.71、-0.39、-0.03μB。

第一性原理研究Hg_2CuTi型Heusler合金Ti_2FeB的磁性和半金属性

基于密度泛函理论的GGA计算,我们具体研究了Hg2CuTi型Heusler合金Ti2FeB的电子结构和磁性质,结果发现Ti2FeB合金在其费米面处存在100%的自旋极化,并在5.1～6.2晶格范围内被保留.Ti2FeB具有大约0.5eV的半金属带隙和1μB的原胞总磁矩,是一个稳定的半金属铁磁体.此外,我们的研究也表明RKKY型间接交换和d电子杂化在决定合金磁性质中起决定性作用.

Heusler合金Ni_(52)Mn_(24)Ga_(24)单晶生长和相变特性

Heusler合金Ni2 MnGa是具有马氏体相变、形状记忆效应的铁磁性金属间化合物 ,可产生很大的磁感生应变 ,是目前国际上热门的新型磁性功能材料。成分稍微偏离正分的Ni5 2 Mn2 4Ga2 4仍然具有高温相的L2 1结构 ,但马氏体相变温度在室温附近 ,显示出潜在的应用前景。用磁悬浮冷坩埚CZ单晶生长设备生长了Ni5 2 Mn2 4Ga2 4单晶。实验表明 [1 0 0 ]方向是材料的择优方向 ,交流磁化率测到马氏体相变温度为 2 93K ,反马氏体相变温度为 30 0K ,居里温度大于 370K ,高质量的单晶在发生马氏体相变时观察到变体的择优取向。变体呈斑马条纹状沿 [1 0 0 ]方向排列。这使样品相变时沿 [1 0 0 ]方向收缩 ,反马氏体相变时沿 [1 0 0 ]方向伸长 ,宏观应变达到 2 % ,对应于形状记忆效应 ,且为双程可重复。若在相变时附加 0 .6T的磁场 ,可使应变提高一倍而达到 4% ,为晶格畸变的 6 0 %。固定温度在马氏体相变附近 ,磁场引起的可回复应变达到 5× 1 0 -3 。超过传统大磁致伸缩材料一倍以上 ,这种特性只有在单晶中才能观察到。为此 ,Heusler合金NiMnGa很有可能成为新型的磁驱动功能材料。本工作还观察到晶体生长中的分凝现象 :随晶体的生长 ,Ni和Ga的成分高于原始配料成分 ,并逐渐降低 ,而Mn成分低于原始配料并逐渐升高。

基于第一性原理研究Heusler合金Fe_2CuGa的结构和性能(英文)

采用基于密度泛函理论的第一性原理,系统研究了Heusler合金Fe2CuGa的结构、磁性、弹性性能和电子性质。计算结果表明:立方相的基态结构是铁磁态的Hg2CuTi结构。立方到四方的相变几乎是体积不变的,这是形状记忆合金的特性。奥氏体和马氏体的磁矩分别是4.48和4.56μB/f.u.。另外,预测了Fe2CuGa的弹性系数。Fe2CuGa的立方结构在力学上是不稳定的而四方结构是稳定的。根据体模量和剪切模量的比值,发现Fe2CuGa在本质上是可延展的。利用态密度的方法解释了Fe2CuGa马氏体相变的来源。

Heusler合金Co_2CrGa(100)的表面结构、磁性和自旋极化

基于第一性原理计算,我们系统地呈现了三元合金Co2CrGa(100)表面的原子弛豫、磁性、电子结构以及表面原子极化行为.结果显示,由于Co-Ga和Co-Cr成键的差异,表面的Co和Cr原子分别向内层收缩和向外部真空层伸展.与块体相比较,表面Co和Cr原子的自旋磁矩由于局域性的提升而明显增大.在研究的Co2CrGa(100)不同原子端面中,可以观察到块体中的半金属带隙在CoCo和GaGa原子端面被大量的表面态所破坏,仅仅在CrGa和CrCr原子覆盖的端面,检测到100%的理想极化,预测其在隧道结中可能具有较佳的应用潜力.

Heusler合金Mn_2NiSi的形状记忆行为和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理,对Heusler合金Mn2NiSi的电子结构和磁性进行了研究。计算结果表明:从立方结构到四方结构的相变降低了总能量,表明马氏体相是更加稳定的。随着温度的降低,Mn2NiSi经历了从奥氏体到马氏体的转变,体积几乎不变,表明了该合金具有形状记忆行为。磁基态是亚铁磁,Mn(A)和Mn(B)磁矩是反平行排列的、并且不等。奥氏体相和马氏体相的总磁矩分别是9.64×10-24A·m2和2.60×10-24A·m2。在这两种结构中,Mn(A)和Mn(B)是Mn2NiSi总磁矩的主要贡献者。根据态密度解释了马氏体相变和磁性的产生。

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.

Heusler合金Co_2MnAl_(1-x)Ge_x的电子结构、磁性和半金属性

基于密度泛函理论(DFT),使用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)研究了Heusler合金Co2MnAl1-xGex(x=0、0.25、0.5、0.75、1)的磁性和电子结构。随着掺杂浓度x的增加,合金的晶格常数和磁矩都线性增加,分别很好地满足Vegard和S-P规律。对于整个合金系列,随x的增加,自旋向下带带隙宽度略有减少,费米面向高能移动。由于Co2MnAl0.5Ge0.5合金的费米面恰好居于其自旋向下带带隙中部,此时合金具有最好的半金属稳定性,预期在磁隧道结器件中能实现高的自旋极化率。

Heusler合金Ni-Mn-Ga和NaZn_(13)型化合物La(Fe,Co,M)_(13),M=Si,Al的巨大磁熵变(英)

在Heusler合金Ni Mn Ga和NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al中很宽温度区间发现巨大磁熵变△S。这两种材料在室温区的磁熵变△S均显著地超过单质稀土Gd并达到著名的磁热效应材料Gd5Si2 Ge2 合金的磁熵变幅度.Heusler合金Ni Mn Ga中的巨大磁熵变来源于具有一级相变特征的马氏结构相变。NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al中异常巨大的磁熵变与合金中的强的磁晶耦合相关,表现为居里温度附近晶格的巨大负膨胀。材料的低价格和其巨大磁熵变表明,Heusler合金Ni Mn Ga和NaZn1 3型化合物La(Fe,Co,M)1 3,M =Si,Al在很宽的高温区,尤其在室温区作为磁制冷工质非常有吸引力。

四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性

研究了四元Heusler合金CrFeMnAl的结构和磁性。基于密度泛函理论(DEF)的第一性原理方法,借助于Materials Studio 6.0软件,对其晶体结构进行了优化。得到的最优晶格常数为5.86(0),总磁矩为0。进行了能带结构和态密度的分析,得到如下结论:四元Heusler合金CrFeMnAl自旋向上方向费米能级附近态密度为0;自旋向下费米能级处态密度不为0,磁性主要是Cr原子3d电子分别与Fe原子3d和Mn原子的3d劈裂杂化所致,CrFeMnAl是一个半金属惠斯勒合金。

Pd基Heusler合金Pd_2CrGa和Pd_2FeGa的第一性原理研究

运用基因遗传算法的晶格结构预测技术预测Pd基Heusler合金Pd2MnSn、Pd2CrGa和Pd2FeGa的结构;采用基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加波(PAW)方法研究Pd2CrGa和Pd2FeGa的四方变形、磁性、态密度、弹性常数和声子谱线,最后通过Helmholtz自由能的计算预测了Pd2CrGa和Pd2FeGa的相变温度。结构预测显示:极限条件0 K时,Pd2MnSn以L21立方结构稳定存在,而Pd2CrGa和Pd2FeGa均以四方结构稳定存在。四方变形中,Pd2CrGa、Pd2FeGa在c/a<1.0和c/a>1.0处均有一个能量的局域最小值,分别对应一个稳定的结构。Pd2CrGa、Pd2FeGa在两种状态下均表现为铁磁性,Cr原子和Fe原子是总磁矩的主要贡献者。弹性常数计算结果显示:Pd2CrGa和Pd2FeGa仅在四方结构时才满足稳定性判据。c/a≈1.24处的四方结构Pd2CrGa转变为立方结构的相变温度在350 K左右,c/a≈1.30处的四方结构Pd2FeGa转变为立方结构的相变温度在130 K左右。

四元Heusler合金Co_2[Mn,Fe]Ge_(1-x)Ga_x的晶体结构、半金属稳定性和磁性

基于密度泛函理论的第一性原理研究了四元Heusler合金Co2MnGe1-xGax和Co2FeGe1-xGax的晶体结构、半金属稳定性和磁性,发现随着掺入Ga比例x的改变,其晶格常数遵循Vigard原理。对于Co2MnGa1-xGex系列的合金,其原胞磁矩很好地符合SP(Slater-Pauling)值和实验值;而对于Co2MnGe1-xGax系列合金,其原胞磁矩虽然与实验值一致,但却随x的减小而逐渐偏离SP值。态密度显示,Co2MnGe1-xGax系列合金在x=0～0.75的掺杂比例内都有0.4～0.6eV的自旋向下带带隙宽度,而Co2FeGe1-xGax虽然在费米面附近也存在较高的自旋极化,但几乎不存在显著的自旋向下带带隙。此外,四元合金Co2MnGe0.75Ga0.25的费米面居于最小自旋带隙的中部,将具有较好的半金属稳定性。

Half-Heusler合金Cu_(1-x)Fe_xMnSb的电子结构和反铁磁-铁磁相变

基于密度泛函理论(DFT),使用局域密度近似(LDA)研究了Heusler合金Cu1-xFex MnSb的电子结构和反铁磁-铁磁相变.研究发现,两种磁状态下的合金晶格常数随掺杂浓度x变化很好地满足Vegard定理.当x>0.5时,铁磁态合金的总磁矩很好地符合SP规律,然而当x<0.5时,却发生了明显的偏离.由于整个体系存在RKKY和超交换磁耦合的竞争,因而在x=0.25时,我们观察到了独特的反铁磁—铁磁相变.进一步的态密度分析发现,Cu的掺杂浓度可以有效调整铁磁态合金的费米面位置,并且反铁磁态合金由于不同自旋方向的Mn原子的分波态密度相互补偿,总态密度形成了几乎完全对称的自旋向上带和自旋向下带.

Zr掺杂对Heusler合金Co2TiGe的电子结构与磁性的影响

利用基于密度泛函理论(DFT)采用第一性原理赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对Co2Ti1-xZrxGe(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)系列四元Heusler合金的电子结构、磁性及半金属特性进行了研究。计算结果表明,Zr掺入Co2TiGe以后并没有破坏其半金属性,所有成分样品的自旋磁矩都接近于整数磁矩2μB。随Zr含量的增加,晶格常数单调增大,向下能隙宽度逐渐变大,同时费米能级的位置向带隙中部发生移动,这可以在一定程度上调控费米能级附近的能带结构。

Co_2MnZ(Z=Si,Ge)半金属Heusler合金原子反位无序的XRD研究

通过建立X2YZ三元亥斯勒(Heusler)合金原子无序度的XRD理论模型,计算并分析了Co2MnZ(Z=Si,Ge)合金中6类优先原子反位无序对(111)和(200)超晶格衍射峰相对强度的影响。对Co2MnSi亥斯勒合金的实验XRD结果分析表明,Co2MnSi合金中主要存在Co-Mn和Co-Mn-Co的原子反位无序。这一合金原子无序类型的XRD表征结果与中子衍射实验的结论相一致。

Heusler合金Mn_2NiAl物性的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论架构下的第一性原理方法,对Hg_2CuTi型Mn_2NiAl的能量随四方变形的变化、晶格常数、磁矩、电子态密度、体弹模量等进行了计算.结果表明:i)在四方变形过程中,在c/a接近1及1.24附近各存在一个稳定的状态,分别对应于奥氏体态和马氏体态. ii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn_2NiAl的总磁矩主要是由Mn原子提供, A、B晶位Mn原子的磁矩呈现为亚铁磁结构. iii)在奥氏体和马氏体两态下, Mn(A)或Mn(B)原子自旋向上和自旋向下的态密度形成较大的自旋劈裂,产生较大的磁矩.处于不同晶位的两个Mn原子之间的d-d直接交换作用较弱,维持了它们之间的反铁磁耦合,而处于同一晶位的Mn原子之间的铁磁耦合是由Al原子的s电子为媒介的间接交换作用来维持,此即为Mn2NiAl亚铁磁结构形成的机制. iv)Mn_2NiAl的抗压缩性比Ni_2MnGe, Ni_2MnGa和Ni_2MnB的均小.

Full-Heusler合金Cr2MnAs第一性原理计算

为探究四元Heusler合金Cr2MnAs材料性质,预测其用途,采用基于密度泛函理论(DEF)的第一性原理对Cr2MnAs进行理论研究。使用Materials Studio 6.0对合金进行建模和优化,通过低精度的计算结果比较,确定Cr2MnAs在原子自旋设为:Cr1原子向上,Cr2,Mn原子向下,此时具有最低能量即最稳态。此态下得到最优化晶格常数为5.820?,并在此基础上计算材料磁性性质,分析发现材料的能带结构和态密度图均具有半金属性的特征,分析磁矩得出Cr2MnAs具有反铁磁性的结论。

Co_(50)Fe_(2)V_(32)Ga_(16) Heusler合金的马氏体相变及其压卡效应研究

利用电弧熔炼法制备了Co_(50)Fe_(2)V_(32)Ga_(16)四元Heusler合金,通过X射线粉末衍射仪、振动样品磁强计和配备高压氮气发生器的差示扫描量热仪,系统研究了该样品的晶体结构、马氏体相变特征和不同等静压下的热力学性质.实验结果表明,该样品在近室温下的马氏体相变发生在类顺磁态,且奥氏体与马氏体相之间存在较大的体积差异.正因如此,在外加1 kbar的等静压下,样品在近室温下的等温熵变(ΔS_(T))和绝热温变(ΔT_(ad))分别达到了-21 J/kg K和2.5 K,其性能优于之前所报道的诸多压卡材料,展现出在固态制冷技术上的潜在应用前景.