Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的磁性和半金属性

利用第一性原理计算了Inverse-Heusler合金Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的半金属性、磁性和电子性质.计算结果表明Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa的原胞总磁矩和晶格常数随着x的增加而增加.由于过渡金属原子之间的直接杂化和sp电子的调节,原胞总磁矩和晶格常数随掺杂浓度x的改变而改变,并与Slater Pauling规则形成一定的差异.当Ni的掺杂浓度x=0.5时,Ti_2Co_(1-x)Ni_xGa合金的费米面在自旋向下带隙的中间位置,因而可以判定Ti2Co0.5Ni0.5Ga将具有最佳的半金属稳定性.     

Ga_(1–x)Cr_xSb(x=0.25,0.50,0.75)磁学和光学性质的第一性原理研究

随着高性能电子器件需求的日益增加,自旋电子学材料在材料研究和电子元件中具有重要地位,因为自旋电子学器件相比于传统半导体电子元件具有非易失性,低功耗和高集成度的优点.本文研究了Cr离子注入GaSb的电子性质、磁学和光学性质,采用基于密度泛函理论框架下的缀加投影平面波方法,利用广义梯度近似下电子交换关联泛函,考虑了Heyd-Scuseria-Ernzerhof(HSE06)杂化泛函计算进行电子能带带隙修正,首先对不同浓度Cr离子注入下的闪锌矿结构半导体GaSb形成的Ga_(1-x)Cr_xb(x=0.25,0.50,0.75)进行结构优化,计算了无磁、铁磁及反铁磁的基态能量,对比发现它们的基态均为铁磁态.对电子能带结构图分析发现,它们自旋向上的电子能带穿过费米面,而自旋向下的电子能带存在直接带隙,呈现铁磁半金属性质.同时在平衡晶格常数下具有整数倍玻尔磁矩,并在一定晶格变化范围内保持磁矩不变.同时发现它们在红外波段具有良好的吸收能力,这使得Ga_(1-x)Cr_xSb在自旋电子学器件和红外光电器件中拥有潜在的应用前景.     

Half-Heusler合金Cu1-xFexMnSb的电子结构和反铁磁-铁磁相变简

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x0.5时,铁磁态合金的总磁矩很好地符合SP规律,然而当x0.5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.     

Heusler合金Mn2NiGa的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的投影缀加波方法研究了Heusler合金Mn₂NiGa的四方变形,对立方和四方结构的磁矩、电子结构、弹性常数及声子谱进行了计算和分析.Mn原子是Mn₂NiGa总磁矩的主要贡献者,但Mn（A）、Mn（B）原子磁矩的值不等且呈反平行耦合,因而Mn₂NiGa合金在两种状态下均表现为亚铁磁结构.四方变形中,Mn₂NiGa在c/a=0.94和c/a=1.27处出现总能的局域极小值和局域最小值,分别对应一个稳定的马氏体.弹性常数的计算结果显示,Mn₂NiGa的立方结构不满足立方相稳定性判据,四方结构（c/a=0.94和c/a=1.27）的弹性常数满足相应的稳定性判据.立方结构声子谱中存在虚频,而四方结构（c/a=0.94和c/a=1.27）则不存在虚频,验证了Mn₂NiGa四方结构比立方结构稳定.c/a=1.27的四方结构Mn₂NiGa转变为c/a=1.0的立方结构的相变温度在315 K左右.     

CaCu_xMn_(3-x)Mn_4O_(12)(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4)的结构及磁电阻效应的研究

利用湿化学反应法制备了CaCuxMn3-xMn4O12(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4)系列材料的前驱体,然后加入10wt%的KCL后,在850℃的纯氧中烧结制成样品。X射线衍射表明,CaCuxMn3-xMn4O12样品呈单相立方结构,空间群Im 3-。研究表明:随掺杂浓度x的增加,晶格常数减小,晶体结构发生畸变,从而直接影响材料的电输运性质。实验表明,样品在5T的外磁场下,随x的增大,样品的磁电阻MR呈现先增大后减小的趋势,在x=1.0时磁电阻达到最大,这可能是晶粒边界处粒子的自旋极化散射和双交换作用共同作用的结果。     

Co_2B_n(n=1-8)团簇几何结构的密度泛函理论研究

受到小型环状和管状的双金属掺杂硼团簇的启发,采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d)水平下对Co_2B_n(n=1-8)团簇的几何结构、相关稳定性、电子性质和磁性进行了的研究.研究结果表明:当n≤5时,团簇的最低能量结构为平面结构.当6≤n≤8时,团簇的最低能量结构为立体结构.对团簇的平均原子结合能、二阶差分能量、HOMO-LUMO能隙、垂直电子亲和能、垂直电离能和化学硬度分析结果表明,Co2B_7具有幻数特征.对Co_2B_n(n=1-8)团簇的总磁矩计算表明其和团簇的自旋态有很强的关系,而且团簇的总磁矩主要由钴原子的3d轨道所贡献.     

金属间化合物RMn2Ge2(R=La,Pr,Nd,Sm,Gd,Tb和Y)中的自发磁相变 及相变时的磁弹性异常

在10—800K的温度范围内用X射线衍射方法测量了RMn₂Ge₂(R=La,Pr ,Nd,Sm,Gd,Tb和Y)的晶格常数与温度的变化关系.在各种类型的自发磁相变观察到晶格常数 的磁弹性异常现象.实验得出,自发磁相变时的磁弹性异常主要由Mn次晶格引起,并且Mn-Mn 交换相互作用能不仅与晶格常数a有关,而且与晶格常数c有关.用Kittle的交换反转模型讨 论了低温时的铁磁—反铁磁一阶相变. 关键词： 稀土金属间化合物 磁相变 磁弹性     

Nd2-xSrxCoO4 (x=1.25,1.33,1.60)体系的物理性质研究

用固相反应法制备了Nd2-xSrxCoO4 ( x = 1.25, 1.33, 1.60) 多晶.X射线衍射结果表明样品没有杂项,且都是四方层状K2NiF4结构[1].电阻率结果表明这组样品在测量温区都是半导体行为.对于x= 1.25和1.33的样品,热电势为正值;而对于x= 1.60的样品,热电势在60K发生了由正到负的转变.所有样品在80K左右零场冷却磁化率有个缓变的最大值,在180K左右场冷和零场冷磁化率发生劈裂,表明在低温下样品存在类自旋玻璃态.我们同时测量了x = 1.25样品在110 K到300 K温区的电子自旋共振谱,发现在居里温度左右存在顺磁相和铁磁相激烈竞争,强烈的轨道-自旋耦合导致了短自旋-晶格驰豫时间使谱线宽化.     

Heusler合金Mn2 NiAl的电子结构和磁性对四方畸变的响应及其压力响应

运用基于密度泛函理论的第一性原理的投影缀加波方法,对Hg₂CuTi型Mn₂NiAl在由立方结构至四方结构的畸变过程中电子结构和磁性的变化规律及其对压力响应的规律进行了研究.研究发现:在由奥氏体相到马氏体相的相变中,由于Ni-Mn(A)原子间距的减小而使得杂化程度增强,导致占据态的态密度向低能区域移动,体系的能量降低,致使在马氏体相中的稳定性增大;在从奥氏体相到马氏体相的相变中,能带变宽,成键作用加强,从而在马氏体相中的稳定性增大;在四方畸变过程中,总磁矩的变化主要来源于Ni原子磁矩的变化;计算得到Mn₂NiAl的零压体积弹性模量为125.69 GPa,其抗压缩性比其他常见的Heusler型合金弱. 关键词： 第一性原理 电子结构 磁性 四方畸变     

温度对马氏体和铁素体晶格常数影响规律

采用同步辐射技术研究了温度对马氏体和铁素体晶格常数的影响规律.研究结果表明,马氏体和铁素体的晶格常数均随着温度的升高而逐渐增大,但马氏体的衍射峰有分峰现象,而铁素体的衍射峰没有分峰现象.对马氏体的{110}和{200}衍射峰进行分峰处理,得到马氏体晶格常数a和c随温度升高逐渐增大,但晶格常数a的增大速度要大于c的速度,即马氏体的正方度逐渐降低.当温度升至500℃时,马氏体正方度c/a=1.铁素体的晶格常数随温度的变化规律与马氏体晶格常数a的基本相同,而与马氏体晶格常数c的明显不同,表明了温度对马氏体晶格常数的影响本质.除此以外,通过对同步辐射数据的分析,建立了马氏体和铁素体晶格常数随温度变化的数值方程.     

Band-gap engineering of La_(1-x)Nd_xAlO_3(x = 0,0.25,0.50,0.75,1)perovskite using density functional theory:A modified Becke Johnson potential study

The structural,electronic,and magnetic properties of the Nd-doped Rare earth aluminate,La_(1-x)Nd_xAlO_3(x = 0%to 100%) alloys are studied using the full potential linearized augmented plane wave(FP-LAPW) method within the density functional theory.The effects of the Nd substitution in La AlO_3 are studied using the supercell calculations.The computed electronic structure with the modified Becke–Johnson(m BJ) potential based approximation indicates that the La_(1-x)Nd_xAlO_3 alloys may possess half-metallic(HM) behaviors when doped with Nd of a finite density of states at the Fermi level(E_F).The direct and indirect band gaps are studied each as a function of x which is the concentration of Nddoped La AlO_3.The calculated magnetic moments in the La_(1-x)Nd_xAlO_3 alloys are found to arise mainly from the Nd-4f state.A probable half-metallic nature is suggested for each of these systems with supportive integral magnetic moments and highly spin-polarized electronic structures in these doped systems at E_F.The observed decrease of the band gap with the increase in the concentration of Nd doping in La AlO_3 is a suitable technique for harnessing useful spintronic and magnetic devices.     

Calculation of Half-Metal,Debye and Curie Temperatures of Co_2 VAl Compound: First Principles Study

By FP-LAPW calculations, the structural, elastic, Debye and Curie temperatures, electronic and magnetic properties of Co2 VAl are investigated. The results indicate that Ferromagnetic(FM) phase is more stable than AntiFerromagnetic(AFM) and Non-magnetic(NM) ones. In addition, C11–C12 0, C44 0, and B 0 so Co2 VAl is an elastically stable material with high Debye temperature. Also, the B/G ratio exhibits a ductility behavior. The relatively high Curie temperature provides it as a favorable material for spintronic application. It's electronic and magnetic properties are studied by GGA+U approach leading to a 100% spin polarization at Fermi level.     

First-principle investigation on perovskite La_(1-x)Eu_xGaO_3

The pseudopotential method has been used to investigate the structural, electronic and magnetic properties of La_(1-x)Eu_xGaO_3(x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, and 1) within the scheme of generalized gradient approximation. The spin-polarized calculations demonstrate that the ground state is an antiferromagnetic insulator for x ≤ 0.5, while it is ferromagnetic halfmetal at x 0.5. The substitutions of magnetic Eu ions for non-magnetic La ions produce and strength spin polarization,which forcefully urges the system from the insulator to the half metal. Meanwhile, Eu doping strengthens a stoner mechanism for ferromagnetism of La_(1-x)Eu_xGaO_3(x = 0.75 and 1), which may lead to a rapid increasing in the total magnetic moment and therefore, antiferromagnetic–ferromagnetic transition happens.     

三元Co_(79)Zr_(18)Cr_3合金中高矫顽力

通过在Co_(82)Zr_(18)合金中添加过渡族元素Cr的方法,利用快淬工艺,制备出了Co_(82-x)Zr_(18)Cr_x(x=0,2,3,4)快淬合金薄带,利用磁性测量、X光衍射、热磁分析、扫描电子显微镜,对其磁性能、相组成、微结构进行了研究,实验结果表明,在Co_(82)Zr_(18)合金中添加少量的Cr可以使其矫顽力(iHc)显著提高,其中,Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带经600℃退火处理后iHc=6.5 kOe.相分析发现,600℃退火后的Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带由单一Co_(11)Zr_2相组成,Cr原子进入到了Co_(11)Zr_2相的晶格之中替换了原子半径相对较小的Co原子,这导致了Co_(11)Zr_2居里温度(T_C)的降低却使其磁晶各向异性场(Ha)显著提高;另一方面,通过微结构研究发现,未退火的Co_(79)Zr_(18)Cr_3快淬薄带由50—80 nm的等轴晶粒组成,经600℃退火后,其晶粒形态并未发生改变然而晶粒尺寸却增长到400—500nm。     

CuHg_2Ti型Ti_2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

利用第一性原理计算方法,研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK(K=Sb,Ge,Sn,Sb,Bi)系列合金的电子结构、能隙起源和磁性.研究发现:Ti2CrK(K=Si,Ge)合金是普通半导体材料;Ti2CrK(K=Si,Bi)合金是亚铁磁性半金属材料,其半金属性能隙受到Sb和Bi原子s态的直接影响;Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体.基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同,通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度,获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料;通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料.Ti2Cr1-xFexSn和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性.所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18规则.     

R型铁氧体BaFe4-xTi2+xO11的化学组态以及磁性行为的研究

本文通过传统的固相反应法制备了R型六角铁氧体BaFe_4-xTi_2+xO₁₁ (x= 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1), 并且对它的原子价态以及磁性行为进行了研究. X 射线光电子能谱(XPS)结果显示了随着掺杂含量的增加, 体系中Fe³⁺离子逐渐减少而Fe²⁺离子逐渐增加. 由于具有非对称结构的阻挫晶格中存在各种关联作用的竞争, 使得BaFe_4-xTi_2+xO₁₁体系表现出了复杂的磁有序行为, 在T₁～250 K和T₂～83 K两处存在磁转变. 对这一系列掺杂样品, 在相变温度T₁之上表现顺磁行为, 而在相变温度T₂前后的磁化强度都表现出低场下随磁场的增加快速增加, 高场下则线性变化且在5×10⁴ Oe时还未达到饱和的行为, 表明这一系列掺杂样品是典型的倾斜反铁磁态(canted antiferromagnetic) 或者亚铁磁态.     

Si对LaNi5相关系与贮H2性能的影响

本文用X射线多晶衍射方法和差热分析方法研究了LaNi_5-xSi_x(x≤1.25)的相关系,用排水取气法测量了样品的吸H₂性能,LaNi₅,的固溶体和新的三元化合物LaNi₄Si形成共晶体系,共晶温度1170℃,共晶点x=0.96,在单相区中LaNi₅,相点阵常数随Si替代量增加,a减小,c增大,三元化合物LaNi₄Si属正交晶系,点阵常数a=8.382?,b=5.210?,c=3.989?。测量密度D₀=7.59g/cm³,每单胞含两个化合式单位,可能的空间群为D_2h⁵,C_2v²和C_2v⁴,它具有可逆的吸放H₂性能,吸H₂后形成氢化物LaNi₄SiH_3.6。La_1-ySi_yNi,系列样品吸H₂量随Si含量增加而很快下降,LaNi_5-xSi_x系列样品吸H₂量随Si含量的增加稍略下降,平台压力也下降,LaNi_4.8Si_0.2的生成自由能为476cal/molH₂,固溶体氢化物的稳定性比LaNi₁高。 关键词：     

第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

Effect of Si substitution on electronic structure and magnetic properties of Heusler compounds Co2TiAl1−xSix

The electronic structures of Co-based Heusler compounds CoTiAl_1−xSi_x (x=0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1) are calculated by first-principles using the full potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method within GGA and LSDA+U scheme. Particular emphasis was put on the role of the main group elements. In recent years, the GGA calculations of Co₂TiAl (x=0) and Co₂TiSi (x=1) indicated that they are half-metallic, but the electronic structure of this compound with x=0.25, 0.5 and 0.75 has not been reported yet, neither theoretically nor experimentally. The calculated results reveal that these are half-metallic and exhibit an energy gap in the minority spin state and also show 100% spin polarization. The substitution of Al by Si leads to an increase in the number of valence electrons, with increasing x. Our calculated results clearly show that with the Si doping, the lattice parameter linearly decreases; bulk modulus increases, and the total magnetic moment increases. The calculated energy gap in the minority spin state, using GGA scheme, was smaller than that obtained by using LSDA+U scheme. The outcomes of this research also show that the Co-3d DOS and therefore, the magnetic properties of compounds are dependent on electron concentration of the main group elements and it will affect the degree of p-d orbital occupation.     

Mn70Fe30-xCox (x=0, 2, 4)合金的组织和磁诱发应变

采用真空非自耗电弧炉熔炼, 然后进行固溶处理制备了Mn₇₀Fe_30-xCo_x (x=0,2,4) 试样. 运用X射线衍射分析、显微组织分析、差示扫描量热法 (DSC)、标准电阻应变计法等实验方法, 研究了添加Co 对Mn-Fe合金的磁诱发应变 (magnetic-field-induced strain, MFIS) 性能的影响. 研究表明, Mn₇₀Fe_30-xCo_x (x=0,2,4)试样在室温下为单一的γ相组织. 随着Co含量的增加, Mn₇₀Fe_30-xCo_x (x=0,2,4)试样的磁性转变温度T_N (Neel点) 呈降低的趋势, 但都高于室温, 在室温下呈现反铁磁性; Mn₇₀Fe_30-xCo_x (x=0,2,4) 试样的最大磁诱发应变也呈增加的趋势. Mn₇₀Fe₂₆Co₄试样的MFIS 在1.1 T时达到60 ppm. 关键词： MnFe合金 Co 磁诱发应变