Structural,magnetic properties,and electronic structure of hexagonal FeCoSn compound

The structural, magnetic properties, and electronic structures of hexagonal Fe Co Sn compounds with as-annealed bulk and ribbon states were investigated by x-ray powder diffraction(XRD), differential scanning calorimetry(DSC), transmission electron microscope(TEM), scanning electron microscope(SEM), magnetic measurements, and first-principles calculations. Results indicate that both states of FeCoSn show an Ni_2In-type hexagonal structure with a small amount of FeCo-rich secondary phase. The Curie temperatures are located at 257 K and 229 K, respectively. The corresponding magnetizations are 2.57 μB/f.u. and 2.94 μB/f.u. at 5 K with a field of 50 kOe(1 Oe = 79.5775 A·m~(-1)). The orbital hybridizations between 3 d elements are analyzed from the distribution of density of states(DOS), showing that Fe atoms carry the main magnetic moments and determine the electronic structure around Fermi level. A peak of DOS at Fermi level accounts for the presence of the FeCo-rich secondary phase. The Ni_2In-type hexagonal FeCoSn compound can be used during the isostructural alloying for tuning phase transitions.     

封面故事

在磁性马氏体结构相变研究中,元素替代是对材料相变温度调控的一个有效方法.替代过程中不同原子配置下的化学键合作用势必影响体系的相稳定性.因此,研究体系化学键强度的变化成为理解相变温度变化的有效途径.电子定域函数(ELF)可以反映不同原子成键时的电子对分布情况,而成为直观而定量地描述各类化学键成键状态及变化的有力     

Co50Fe25-xMnxSi25系列合金的结构、磁性和半金属性研究

利用实验和能带计算相结合的方法,对介于两种预期的半金属Heusler合金Co₂FeSi和Co₂MnSi间的四元合金Co₅₀Fe_25-xMn_xSi₂₅的晶体结构、磁性、能带结构和半金属性进行了研究.采用考虑库仑相互作用的的广义梯度近似方法计算了系列合金的能带结构,通过与实验结果进行对比,揭示了成分变化过程中合金分子磁矩及原子磁矩的变化规律.研究发现, 关键词： 磁性 半金属 Heusler合金     

内应力对Mn2NiGa铁磁形状记忆合金的结构、相变和磁性能的影响

通过施加压应力的方法,在铁磁形状记忆合金Mn₂NiGa中引入残留内应力,研究了内应力对 Mn₂NiGa材料的结构、相变和磁性能的影响.研究发现,加压过程使材料发生了塑性形变,在材料内部引入了大量的位错缺陷.卸载后保留的位错缺陷在材料中造成了残留的内应力,导致了马氏体相变温度大幅度提高, 使原本室温下的母相转变成了马氏体相.测量到导致样品转变成马氏体的阈值压应力为1.0 GPa.加压形成的马氏体中的残留内应力将矫顽力从低于50 Oe提高到350 Oe.残留内应力在730 K的热处理中由于位错缺陷的消失而得以消除,样品实现了马氏体逆相变.如此高的逆相变温度使得 Mn₂NiGa马氏体的居里温度测量成为可能,获得了530K的数值.     

Heusler合金Fe2CrGa的磁性与结构

采用KKR-CPA-LDA方法研究了不同混乱占位时Fe₂CrGa合金基态的电子结构和磁结构. 基态能量表明Fe₂CrGa合金更倾向于形成Hg₂CuTi型有序结构,而不是L2₁结构. 能态密度(DOS)分析进一步揭示受晶体场影响的磁性原子内部交换作用是使Fe₂CrGa合金形成 Hg₂CuTi型有序结构的主要原因.测量了不同热处理所得Fe₂CrGa合金的居里温度和分子磁矩, 发现原子占位有序化可以在137K温度范围内调控合金的居里温度.分子磁矩随有序化占位也有相应变化, 分布在2.28μ_B/f.u.—2.48μ_B/f.u.之间.理论计算和实验对比可证明Fe₂CrGa合金是Hg₂CuTi型Heusler合金.     

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.     

半Heusler型拓扑绝缘体LaPtBi能带调控的研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波的方法, 研究了化学替代和施加等体积单轴(拉、压)应力两种方式对半Heusler型拓扑绝缘体LaPtBi能带的影响. 计算结果表明, 通过在LaPtBi合金中用Sc元素替换La, 或者用Pd替换Pt, 都可以使得原本受立方对称性保护的Γ₈能带在费米能级附近打开一带隙; 而对于施加等体积单轴应力来扭曲立方晶格的方式, 在使得Γ₈ 能带打开的同时, 还可以实现对费米能级位置有规律地调控, 使 LaPtBi合金最终成为真正意义上的体材料是绝缘性而表面是金属性的拓扑绝缘体.     

Heusler型X_2RuPb(X=Lu,Y)合金的反带结构和拓扑绝缘性

采用第一性原理的计算方法,在不同条件下对Heusler型X2RuPb(X=Lu,Y)体系的电子结构展开研究.计算结果表明,这些合金在适当晶格变形或掺杂条件下,能够具有真正的拓扑绝缘体特性.杂化作用和自旋-轨道耦合作用都对材料产生"反带"结构发挥作用.但是针对不同成分所构成的材料,它们各自所起作用的程度有所不同,二者可以相辅相成.利用替换掺杂和四角变形双重调控方式可以更理想地进行"反带"结构调控进而获得理想的拓扑绝缘体,这对于材料的实际制备具有重要意义.     

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.