Ni-Mn-Sn合金缺陷稳定性和磁性能的第一性原理研究

Ni-Mn-Sn合金是一种极具工业应用潜力的新型铁磁形状记忆合金,化学成分对Ni_(2)Mn_(1+x)Sn_(1-x)合金的马氏体相变和磁性能影响重大,而在成分调整过程中势必会产生一系列的点缺陷.本文使用量子力学计算软件包VASP(Vienna ab-initio software package)研究了包含反位缺陷、空位和原子交换在内的点缺陷对Ni-Mn-Sn合金的结构稳定性、磁性能和电子结构的影响.通常借助第一性原理计算可以高效经济地对不同成分下合金的相变、磁性能和弹性性能展开研究,而且还可以得到不能直接用实验方法获得母相和产物相的基态能量、相变驱动力以及微观磁性能.研究结果表明,大多数点缺陷的形成能为负值,表明这些缺陷能够在Ni-Mn-Sn合金中形成并稳定存在.富Mn贫Sn是实验中常见的成分设计,势必会在合金中产生大量形成能相对较低的MnSn反位缺陷.Sn空位的形成大大降低了母相的稳定性,促进合金发生马氏体相变.当过量的Mn占据Sn位时,Mn-Mn间距减小30%,导致过量Mn的磁矩反平行于正常Mn原子的磁矩方向排列.本研究有助于更好地理解Ni-Mn-Sn合金的马氏体相变行为及其基础物理性能.