铁基Heusler合金Fe2Co1-xCrxSi的结构、磁性和输运性质的研究

基于多种实验手段和能带计算的方法, 对四元合金Fe₂Co_1-xCr_xSi的晶体结构、 磁性、输运性质及能带结构进行了研究. 研究发现, 随着Cr的增加, 合金Fe₂Co_1-xCr_xSi保持了高度有序结构, 逐渐从Hg₂CuTi结构的Fe₂CoSi 过渡到L2₁结构的Fe₂CrSi; 由于次晶格网络的破坏, 居里温度逐渐下降; 系列合金的分子磁矩呈现线性下降, 符合半金属特性; 剩余电阻比率与原子占位有序程度密切相关, 呈现两端大、 中间小的特点. 在Cr替代Co的过程中, 材料半金属能隙逐渐打开, 表现半金属特征. 同时费米能级从Fe₂CoSi半金属能隙的价带顶上移至Fe₂CrSi能隙的导带底. 最大的能隙宽度出现在x= 0.75处, 这表明四元合金有可能成为具有更高自旋极化率和更强抗干扰能力的自旋电子学材料.     

Tb2Fe15.5Cr1.5化合物的本征磁致伸缩

通过x射线衍射及磁测量手段研究了Tb₂Fe_15.5Cr_1.5化 合物的热膨胀性质及本征磁致伸缩性质.研究结果表明Tb₂Fe_15.5Cr _1.5化合物在293—672K的温度范围内具有六角相的Th₂Ni_{17型结构.在432—522K的温度范围内具有负热膨胀 性质，其平均热膨胀系数=-157×10^-5/K.对本征磁致伸缩的研究结果表明Tb2Fe15.5Cr1.5化合物中存在着较强的各向异性的本 征磁致伸缩，293K时其本征体磁致伸缩约为84×10^-3，晶格畸变主要发生在c 轴方向上.磁测量研究结果表明Tb2Fe15.5Cr1.5化合物的居里温度约为494K，比其母 合金Tb2Fe17高约80K.}     

机械合金化Fe-B合金的M?ssbauer谱研究

用M?ssbauer谱分析方法研究了配料原子比为Fe₇₀B₃₀,Fe₅₅B₄₅和Fe₃₀B₇₀各样品经机械合金化所形成的合金相的结构特点及其非晶相在退火过程中的转变。揭示出此类非晶相与相应的Fe-B化合物之间存在一定程度的联系。     

Mn掺杂对Nd-Fe-B纳米复合永磁合金结构的影响

利用XRD和XAFS技术研究了淬火速度为20m/s的退火和未退火Nd₉Fe_85－xB₆Mn_x(x=0.5,1.0)样品的长程序结构和局域结构.结果表明:初始制备样品,微量Mn原子的掺杂有利于纳米复合Nd-Fe-B磁性材料中Nd₂Fe₁₄B硬磁相和α-Fe软磁相的结晶度增加,而随着Mn掺杂量的增加,Fe原子周围配位有序度升高;退火后,掺杂微量的Mn元素并没有进一步提高Nd₉Fe_85－xB₆Mn_x样品的结晶度,也没有生成新的物相.本文提出,在快淬制备过程中,微量的Mn原子进入纳米复合Nd-Fe-B磁性材料的磁体主相形成亚稳相;退火处理后,Mn原子退出初始的磁体主相而进入颗粒的晶界.     

150keV Ar离子辐照非晶态合金表面发泡和溅射形貌研究

150keV Ar离子辐照非晶态合金Fe₃₉Ni₃₉Mo₂Si₁₂B₈、Fe₄₀Ni₄₀Si₁₂B₈、Fe₃₉Ni₃₉V₂Si₁₂B₈、Fe₇₇Cr₂Si₅B₁₆和Fe₇₈Si₁₀B₁₂,用扫描电子显微镜(SEM)观测研究了表面损伤形貌剂量变化的过程.低剂量时表面发泡形成.发泡随剂量增加受到溅射腐蚀,表面形成坑洞或针孔,针孔密度随剂量增加而增加,高剂量时,表面损伤以溅射为主,溅射对表面的腐蚀导致多孔粗糙的表面损伤结构建立,并且这些结构与靶材料有着密切的关系.     

Ce2-xDyxFe17合金的磁熵研究

研究了Ce_2-xDy_xFe₁₇(x=0.0,0.3,0.5,1.0)系列合金在77—298K温区范围磁熵变,发现Ce_2-xDy_xFe₁₇系列合金有较大的磁熵变,居里温度可通过离子替代而改变,是一种可供选择的室温磁致冷材料.     

SiO2分子的基态(X1A1)结构与分析势能函数

应用群论及原子分子反应静力学方法推导了SiO₂分子的电子态及其离解极限，采用B3P86方法，在6-311G^**水平上,优化出SiO₂基态分子稳定构型为单重态的C_2V构型，其平衡核间距R_e=R_Si—O=0.1587 nm,∠OSiO＝111.2°,能量为-440.4392 a.u..同时计算出基态的简正振动频率:对称伸缩振动频率ν(B₂)=945.4cm^-1，弯曲振动频率ν(A₁)=273.5 cm^-1和反对称伸缩振动频率ν(A₁)=1362.9cm^-1.在此基础上，使用多体项展式理论方法，导出了基态SiO₂分子的全空间解析势能函数，该势能函数准确再现了SiO₂(C_2V)平衡结构.     

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L21结构Co2FeSi高有序合金之间的Co50Fe50-xSix合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似（GGA＋U）方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co2FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92μB和777℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co2FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内.     

利用氧化辅助气固法生长高磁性的α-Fe2O3和Fe3O4纳米线

探讨生长α-Fe₂O₃和Fe₃O₄纳米线的一个可控制的合成过程. 在研究中发现,高磁性的α-Fe₂O₃纳米线已经成功地利用氧化辅助气固法结晶生成于Fe_0.5Ni_0.5合金基板上;若基板事先浸泡于草酸溶液中,随草酸浓度的增加,所生长的纳米线晶相会逐转变为Fe₃O₄,当草酸浓度达到0.75 mol/L时,所生长的纳米线几乎全部转变成Fe₃O₄晶相. 此外,实验结果也显示所生长的纳米线长度及直径会随着气固过程中的温度上升而增加,生长密度则会随着气固过程中的流量加大而上升. 此过程所提出的合成程序可在2 h內完成.     

七种非晶铁磁合金的体积磁致伸缩研究

 强制体积磁致伸缩的数量级极小（10^-10~10^-9[(10³/4π)(A/m)]^-1），如通过测量三个互成直角方向的线磁致伸缩（10^-6[(10³/4π)(A/m)]^-1）再正负迭加则很难测准。本文利用热力学关系：(dω/dH)_T,p=-(dM_s/dp)_T,H，用静水压法在0.000 1~2.4 GPa范围测得七种非晶合金Fe_81.6Si_4.6B_13.8、Fe_46.3Co_0.03Ni_46.5Si_3.75V_0.92B_2.5、Fe₇₅Cr₅Si₅B₁₅、Fe_73.9Co_8.3Si_4.4B_13.4、Fe₇₅Ni₅Si₅B₁₅、Fe_78.75Cu_1.25Si₅B₁₅和(Fe_0.85Co_0.15)₈₂Cu_0.4Si_4.4B_13.2的强制体积磁致伸缩及其随静水压p的变化。结果表明：（1）其中六种属于第一类压磁效应。(dω/dH)_T,p在大部分压力下为正，p增加时M_s不断减小；(dω/dH)_T,p仅在几个狭窄的压力范围为负。可归因于磁性原子与非磁性原子的化学短程序在压力下的变化。（2）非晶合金Fe_78.75Cu_1.25Si₅B₁₅属于第二类压磁效应。(dω/dH)_T,p在绝大部分压力下为负。M_s反常升高与Cu的特殊作用有关。     

等价电子数组元Heusler合金Fe_2RuSi中的原子占位

对等价电子数组元Heusler合金Fe_2RuSi的原子占位、电子结构与磁性进行了理论与实验研究.第一性原理计算表明,虽然Fe_2RuSi中Fe,Ru均有8个价电子,但是Ru仍表现出强烈的占据A,C晶位倾向.基态总能最低的是Fe与Ru分别占据A,C晶位的XA结构,次低的是Fe,Ru在A,C位混乱占位的L2_1B结构,且两者能量差很小.这说明决定Heusler合金中过渡族原子占位的因素除价电子数以外还可能有原子半径和共价杂化作用等.态密度和差分电荷密度计算表明Heusler合金中主族元素与最近邻过渡族元素之间的p-d共价杂化对Heusler合金的占位有明显影响,在XA结构中Ru与Si和Fe(B)之间都存在明显的杂化作用,而在高能的L2_1结构中,Si与最近邻的Fe杂化作用相当弱.XRD测试表明在室温Fe_2RuSi存在A,C位之间的Fe-Ru反占位,形成了能量次高的L21B结构,这主要来自于混合熵对自由能的贡献及其引起的原子自发混乱占位.在5 K下Fe_2RuSi的饱和磁矩为4.87μB/f.u.,与计算值符合得相当好.     

YTi(Fe1-xCox)11的磁性和穆斯堡尔谱的研究

YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁在012型四方结构,居里温度随Co含量的增加而提高,本文为了揭示YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁磁性与微观结构的联系,对这一系列化合物进行穆斯堡尔谱研究,在室温下,测量YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁(其中x=0.0,0.2,0.4)的穆斯堡尔谱,最佳拟合结果证实在这种化合物中,Co原子优先占据j和f晶位,在所测样品中,超精细场在x=0.2处出现极值,这与YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁饱和磁化强度测量结果相符合。并对YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁,Y₂(Fe_1-xCo_x)₁₄和YTi(Fe_1-xCo_x)₁₁的穆斯堡尔谱的实验结果进行比较,分析在YTiFe₁₁中与Y₂Fe₁₄B中的3d电子能带结构的差异。 关键词：     

Ga含量对Mn2-xNiGa1+x结构和磁性的影响

系统研究了铁磁性形状记忆合金Mn_{2 -x}NiGa_1+x的结构、磁性和有序化转变. 研究表明: 随着Ga含量的增加, Mn_{2 -x}NiGa_1+x的母相结构由Hg₂CuTi 型逐渐转变到Cu₂MnAl型Heusler结构. 母相的晶格常数先增加后降低, 当x=0.3时达到最大值. 0.3 ≤x ≤0.8时, 材料除呈现Heusler结构的主相之外, 还出现了Ni₂In型六角相. 过渡金属中3d电子之间交换相互作用的减弱, 导致Mn_2-xNiGa_1+x主相的居里温度由Mn₂NiGa的590 K逐渐降低至Ga₂MnNi的220 K左右; 当x=0.6–0.8时, Ni₂In型六角相的居里温度与主相的居里温度出现分离. Ga对Mn的替代引起合金中原子间耦合作用的变化, 导致低温下Mn_{2 -x}NiGa_1+x的饱和磁化强度先增加后降低, 即x≤0.4时呈上升趋势, x>0.4时急剧下降. 差热分析结果显示, 随着x从0增加到1, 样品熔化温度逐渐降低, B2相到Heusler相的转变温度先降低后增加.     

First-principles Study on the Magnetic,Half-metal and Thermoelectric Transport Properties of Inorganic-Organic Hybrid Compounds [C4N2H12][Fe4Ⅲ(HPO3)2(C2O4)3]

The electronic structure, magnetic and half-metal properties of inorganic-organic hybrid compound [C₄N₂H₁₂][Fe₄^Ⅲ(HPO₃)₂(C₂O₄)₃] are investigated by using the full-potential linearized augmented plane wave (FPLAPW) method within density-functional theory (DFT) calculations. The density of states (DOS), the total energy of the cell and the spontaneous magnetic moment of [C₄N₂H₁₂][Fe₄^Ⅱ(HPO₃)₂(C₂O₄)₃] are calculated. The calculation results reveal that the low-temperature phase of [C₄N₂H₁₂][Fe₄^Ⅲ(HPO₃)₂(C₂O₄)₃] exhibits a stable ferromagnetic (FM) ground state, and we find that this organic compound is a half-metal in FM state. In addition, we have calculated antiferromagnetically coupled interactions, revealing the existence of antiferromagnetic (AFM), which is in agreement with the experiment. We have also found that [C₄N₂H₁₂][Fe₄^Ⅲ(HPO₃)₂(C₂O₄)₃] is a semiconductor in the AFM state with a band gap of about 0.40 eV. Subsequently, the transport properties for potential thermoelectric applications have been studied in detail based on the Boltzmann transport theory.     

The anomalous behaviour of Gd atoms (Fe1−xMnx)2 compounds

The educed Gd atoms in the X-structure (Th₆Mn₂₃-type) of Gd(Fe_1−xMn_x)₂ were magnetically investigated by comparing with Gd₆(Fe_1−yMn_y)₂₃ whose structure is Th₆Mn₂₃-type. The magnetic properties of Gd(Fe_1−xMn_x)₂ (0.4≤x≤0.7) were observed to be quite similar to those of Gd₆(Fe_1−yMn_y)₂₃ (0.4≤y≤0.7).     

Formation of L10-FeNi hard magnetic material from FeNi-based amorphous alloys

L1₀-FeNi hard magnetic alloy with coercivity reaching 861 Oe was synthesized through annealing Fe₄₂Ni_41.3Si₈B₄P₄Cu_0.7 amorphous alloy, and the L1₀-FeNi formation mechanism has been studied. It is found the L1₀-FeNi in annealed samples at 400 ℃ mainly originated from the residual amorphous phase during the second stage of crystallization which could take place over 60 ℃ lower than the measured onset temperature of the second stage with a 5 ℃/min heating rate. Annealing at 400 ℃ after fully crystallization still caused a slight increase of coercivity, which was probably contributed by the limited transformation from other high temperature crystalline phases towards L1₀ phase, or the removal of B from L1₀ lattice and improvement of the ordering quality of L1₀ phase due to the reduced temperature from 520 ℃ to 400 ℃. The first stage of crystallization has hardly direct contribution to L1₀-FeNi formation. Ab initio simulations show that the addition of Si or Co in L1₀-FeNi has the effect of enhancing the thermal stability of L1₀ phase without seriously deteriorating its magnetic hardness. The non-monotonic feature of direction dependent coercivity in ribbon segments resulted from the combination of domain wall pinning and demagnetization effects. The approaches of synthesizing L1₀-FeNi magnets by adding Si or Co and decreasing the onset crystallization temperature have been discussed in detail.     

Effect of thermal deformation on giant magnetoresistance of flexible spin valves grown on polyvinylidene fluoride membranes

We fabricated flexible spin valves on polyvinylidene fluoride(PVDF) membranes and investigated the influence of thermal deformation of substrates on the giant magnetoresistance(GMR) behaviors. The large magnetostrictive Fe_(81)Ga_(19)(Fe Ga) alloy and the low magnetostrictive Fe_(19)Ni_(81)(Fe Ni) alloy were selected as the free and pinned ferromagnetic layers.In addition, the exchange bias(EB) of the pinned layer was set along the different thermal deformation axes α_(31) or α_(32) of PVDF. The GMR ratio of the reference spin valves grown on Si intrinsically increases with lowering temperature due to an enhancement of spontaneous magnetization. For flexible spin valves, when decreasing temperature, the anisotropic thermal deformation of PVDF produces a uniaxial anisotropy along the α_(32) direction, which changes the distribution of magnetic domains. As a result, the GMR ratio at low temperature for spin valves with EB α_(32)becomes close to that on Si, but for spin valves with EB α_(31)is far away from that on Si. This thermal effect on GMR behaviors is more significant when using magnetostrictive Fe Ga as the free layer.     

纳米La2(MoO4)3∶Eu/Fe3O4磁性荧光粉末的制备及用于指纹显现的研究

采用水热法和共沉淀法分别合成了纳米La₂(MoO₄)₃∶Eu荧光材料和纳米Fe₃O₄磁性材料,并利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪表征纳米材料的形貌尺寸、晶体结构、荧光性能。经表征,纳米La₂(MoO₄)₃∶Eu荧光材料的微观形貌为片状结构,晶体结构为四方晶型,其发射光谱中出现了Eu3+的特征发射峰;纳米Fe₃O₄磁性材料的微观形貌为球形颗粒,晶体结构为立方晶型,并具有超顺磁性。然后,将以上两种纳米材料以一定比例混合均匀,制备了具有超顺磁性的La₂(MoO₄)₃∶Eu/Fe₃O₄纳米荧光粉末。经表征,该磁性纳米荧光粉末的微观形貌为片状结构与球形颗粒的混合,其发射峰位置未发生变化,而发光强度有所降低,但仍能够满足指纹显现的需要。最后,将制备的纳米磁性荧光粉末用于显现不同类型客体表面的潜在指纹。显现效果表明,对于光滑客体表面的指纹,使用磁性纳米荧光粉末与纳米荧光粉末的显现效果无明显差异;对于粗糙客体表面的指纹,使用磁性纳米荧光粉末能够清晰显现出指纹的细节特征,其显现效果明显优于普通纳米荧光粉末,并能够有效避免粉末扬尘现象。本研究制备的纳米磁性荧光粉末是一种理想的指纹显现材料,其指纹显现具有背景干扰低、显现效果好、适用范围广、无粉末扬尘等优点,在刑事案件现场具有广阔的应用前景。     

Low temperature magnetic and magnetostrictive properties in Pr(Fe_(1-x)Co_x)_(1.9) cubic Laves alloys

The structures,spin reorientations,magnetic,and magnetostrictive properties of the polycrystalline Pr(Fe_(1-x)Co_x)_(1.9)(x=0–1.0)cubic laves phase alloys between 5 K and 300 K are investigated.Large low-field magnetostrictions are observed at 5 K in the alloys with x=0.2 and 0.4 due to the low magnetic anisotropies of these two alloys.A large negative magnetostriction of about-1130 ppm is found in PrCo_(1.9) alloy at 5 K.The magnetizations of the alloys with 0≤x≤0.6decrease abnormally at the spin reorientation temperature T_(sr),and an abnormity is detected in the alloy with x=1.0 at its Curie temperature T_c(45 K).The substitution of Fe by Co increases the value of T_(sr) in the alloy with x value increasing from 0.0 to 0.4,and then reduces the value of Tsr with x value further increasing to 0.6.     

(Fe1-xCox)3BO5纳米棒磁性的研究

本文采用高温有机溶剂法制备了(Fe_1-xCo_x)₃BO₅纳米棒, 通过控制反应物中乙酰丙酮钴的含量合成了不同Co含量的(Fe_1-xCo_x)₃BO₅. 利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、超导量子干涉磁强计(SQUID)对其形貌和磁性能进行了表征. 高分辨透射电子显微镜结果表明制备出的纳米(Fe_1-xCo_x)₃BO₅为多晶棒状, 且具有多折孪晶结构; 磁性测量的结果表明,(Fe_1-xCo_x)₃BO₅纳米棒在室温下表现出铁磁性, 随着Co含量的增加, 纳米棒的铁磁性逐渐增加, 该纳米棒有望用来研究生物大分子的机械性能.