全赫斯勒合金Cr2FeAl的磁性和半金属性

基于赫斯勒合金近年来在自旋电子学领域表现出的优势性能,采用第一性原理计算方法对全赫斯勒合金Cr₂FeAl的电子结构、半金属性和磁性进行了理论计算。计算结果表明,Cr₂FeAl合金是一种具有Hg₂CuTi型稳定结构的全赫斯勒合金,平衡晶格常数为5.806?;Cr₂FeAl合金表现出良好的半金属特性,具有100%的自旋极化率,半金属性会受到静水压力下的形变的影响;Cr₂FeAl合金具有良好的磁性,磁性主要来源于Fe-3d和Cr-3d轨道电子的非对称的自旋贡献。进一步研究表明,随着晶格常数的变化,Fe原子和Cr原子的磁矩发生明显变化,但是由于它们之间磁矩的反向耦合作用,合金总磁矩保持不变,说明静水压力下的形变对合金磁性几乎没有影响。     

Full-Heusler合金Ni_2MnSn力学性能和电子性能的第一性原理

Heusler合金,是有序的三元金属间化合物。围绕full-Heusler合金Ni_2MnSn力学性能和电子性能展开计算,利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,从量子力学角度考虑了电子的电荷特性和自旋特性。建立full-Heusler合金Ni_2MnSn的结构模型,计算最优化晶格常数、能带结构和态密度;测试其体模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比。计算得到总磁矩为-4.34μB,其中Mn原子的磁矩对总磁矩贡献最大,并通过对Ni_2MnSn态密度及各个原子态密度的分析,发现磁性来源于Mn原子的能级劈裂。在几何优化的基础上,进行了Ni_2MnSn的力学性能计算,发现Ni_2MnSn具有很好的延展性和塑性。     

Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的晶体结构与磁性能研究

本文在三元Heusler合金Mn_2VAl的基础上掺杂Co原子得到四元合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势方法结合广义梯度近似(GGA),对四元Heusler合金Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al的电子结构、磁性及半金属特性进行计算。结果表明,Co原子掺入能抑制Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al四元合金体系无序结构的形成,该四元合金是一种具有磁矩完全补偿的半金属材料,平衡晶格常数为0.5747 nm,具有100%自旋极化率,半金属特性较好,总态密度来源于Mn~1-3d、Mn~2-3d、Co-3d、V-3d轨道的电子自旋及其相互杂化作用。此外,当晶格常数在0.57～0.59 nm范围内变化时,Mn_2V_(0.5)Co_(0.5)Al合金仍能保持磁矩完全补偿性和半金属性。     

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。     

Ni_（50-x）Mn_（10＋x）Ga_（30）Cu_（10）系列Heusler合金的结构、马氏体相变和磁性研究

通过实验和第一性原理研究了Ni50-xMn10＋xGa30Cu10（x=0-10）系列Heusler合金的结构、马氏体相变和磁性.实验研究发现,当用Mn原子在化学上替换Ni原子,合金的晶格参数随成分线性增大,相应体系的马氏体相变温度线性降低;理论分析认为,体系合金的单胞尺寸和电子浓度的共同作用使马氏体相变温度随成分变化线性降低直至消失;体系中Mn对Ni原子的替换使交互作用较强的Ni（A,C）-Mn（B）原子对逐渐形成,这增强了磁性原子间总的交换耦合作用,实验观测到体系合金的居里温度随成分逐渐上升.基于KKR-CPA-LDA的第一性原理计算结果表明,在体系合金中Mn原子磁矩始终与Ni原子磁矩保持铁磁排列,且Mn原子为体系分子磁矩的主要贡献者,因此体系合金的分子磁矩随Mn原子数量线性增加,这与实验结果相一致.     

GaAs掺杂3d过渡族金属材料的局域电子结构和磁性

运用原子团模型研究了GaAs掺杂3d过渡族金属（Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）的局域电子结构和磁性,计算采用基于密度泛函理论的离散变分方法．计算结果表明这8种掺杂元素的磁矩先增大再减小（按Sc—Ni排列）,当Mn被掺杂到GaAs后,磁矩达到极大,且Mn的磁矩在掺杂浓度为1.4％时与实验符合得很好．在包含两个掺杂原子的体系中,掺杂原子之间的耦合形式有明显的变化．对于不同的掺杂元素,掺杂原子和最近邻的As原子之间的耦合形式也有不同的变化．     

磁形状记忆合金Mn_2NiGa的第一性原理计算

Mn_2NiGa磁形状记忆合金立方奥氏体相因在室温下具有可逆马氏体相变,同时居里温度高达588 K,在高温下具有优异的磁热效应,因而在相应的学术领域和应用领域中具有重要的研究价值。掌握Mn_2NiGa磁形状记忆合金的原子占位、结构相变、磁性质和弹性常数是实现Mn_2NiGa合金磁形状记忆性能优化的关键。采用目前国际上较为先进的第一性原理精确Muffin-Tin轨道方法,系统计算研究了0 K下Mn_2NiGa合金立方奥氏体相与四方马氏体相的晶格结构参数、磁矩、弹性常数、电子结构及总能。研究结果表明,Mn_2NiGa合金立方奥氏体相具有Hg_2CuTi型晶格结构,而非传统Ni_2MnGa的L2_1结构;Mn原子是合金总磁矩的主要提供者,且2种Mn原子磁矩呈反平行排列;奥氏体相的剪切模量(C′=(C_(11)-C_(12))/2)小于0,因而低温下立方结构不稳定,可以发生由立方相到四方相的马氏体相变;根据Jahn-Teller效应,低温下四方相相对于立方相的稳定性,主要源于2种Mn和Ni原子分别与Ga原子的共价结合作用。上述理论结果有望为Mn_2NiGa合金性能的进一步优化提供理论指导。     

四元Heusler合金Co_2V_(1-x)Cr_xAl的电子结构、磁性及半金属性研究

利用第一性原理计算方法,研究了L2_1型Heusler合金Co_2V_(1-x)Cr_xAl(x=0、0.25、0.5、0.75、1)的磁性、电子结构、半金属性及四方变形等。结果表明,随着Cr掺杂浓度的提高,合金总磁矩主要由Co的d电子贡献,总磁矩线性升高,符合Slater-Pauling规则,晶格常数线性减小,符合Vegard定律;此外,随着x的增加,费米面从临近导带底向靠近价带顶移动,能隙宽度增加,当x0.25时,合金具有半金属性。Co_2V_(0.5)Cr_(0.5)Al合金由于费米面位于自旋向下带带隙中部,抗原子无序能力强,在整个合金系列中半金属稳定性最佳,且在四方变形研究中,当c/a在0.92~1.07范围内时,该合金仍能保持稳定的半金属性。     

Mn掺杂A1N半导体的半金属铁磁性质

使用基于局域自旋密度泛函理论的第一性原理方法对Mn掺杂闪锌矿A1N半导体的电磁性质进行了研究。结果发现：Al0.96875Mn0.03125N合金显示出明显的半金属铁磁性,晶胞的总磁矩为4．0μB,主要来自于磁性金属Mn原子,其近邻N原子也有微弱贡献。这一研究对在半导体工业中实现自旋载流子的注入具有一定的理论价值。     

Mn掺杂AlN半导体的半金属铁磁性质

使用基于局域自旋密度泛函理论的第一性原理方法对Mn掺杂闪锌矿AlN半导体的电磁性质进行了研究.结果发现:Al0.96875Mn0.03125N合金显示出明显的半金属铁磁性,晶胞的总磁矩为4.0μB,主要来自于磁性金属Mn原子,其近邻N原子也有微弱贡献.这一研究对在半导体工业中实现自旋载流子的注入具有一定的理论价值.     

过渡金属掺杂的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

过渡金属掺杂的I-III-VI_2黄铜矿电磁性质的第一性原理研究

应用自旋极化的第一性原理对过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co和N i)掺杂的CuGaSe2和CuGaS2进行研究.计算结果表明:Cr和Mn掺杂的I-III-VI2稀磁半导体(DMS)表现为铁磁性质,而V、Fe、Co和Ni掺杂时表现为反铁磁性质.对稀磁半导体的磁矩研究,其结果符合一条简单的规律:当磁性离子3d的t2g轨道完全被占据时,磁性离子的磁矩比理论的期望值小;当磁性离子3d的t2g轨道处于全空时,磁性离子的磁矩比理论的期望值大;而当磁性离子3d的t2g轨道处于部分被占据时,磁性离子的磁矩与理论值的差距主要取决于晶体的对称性和磁性离子的状态.     

Fe,Cr及Fe（Cr ）合金磁矩的价电子结构分析

给出了确定单质或二元固溶体原子状态的简单快捷方法,应用该方法可清楚地给出固体中化学键网的分布、键强有关固体的其它特性,如熔点、电导率、磁矩、结合能、强度、韧性等,作为例子,建立了α－Fe,α-Cr和不同Cr含量F(Cr）合金的价电子结构,并对晶格常数和磁矩的实验结果给出了满意的价电子结构分析。     

Full-Heusler合金Ru_2FeSi的结构和磁性

近年来,自旋电子学的发展已经使人们在计算机存储方面取得了很大的成果,在众多自旋电子学材料中,Heusler合金因其特有的优点已经受到越来越多研究者的关注。采用第一性原理的计算方法,应用Materials Studio 6.0中的CASTEP软件,对Full-Heusler合金Ru_2FeSi的晶体结构进行了优化,并在平衡晶格常数的基础上,计算了结构的能量和态密度,并作了具体的分析。计算结果表明,Ru_2FeSi合金的平衡晶格常数为6.862?,并且为良好的铁磁性金属材料,其磁性主要来源于Ru原子和Fe原子d电子的自旋及其在费米能级附近劈裂和相互杂化的过程。     

过渡金属原子链对双层石墨烯纳米带的电磁性质的调控

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了过渡金属(TM=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)原子链对AB型双层石墨烯纳米带(BGR)结构和电磁性质的调控规律。所有吸附体系都能够形成稳定结构[GTMG]。对于不同TM,V吸附BGR体系最为稳定。对于原子链吸附在BGR不同位置,边缘吸附时稳定性最高。电荷从TM原子链转移到近邻碳原子,形成的离子键有助于增强复合体系的稳定性。TM原子链吸附在BGR不同位置上,导致了不同的电子结构和磁性。形成的复合体系中[GCrG]2、[GCrG]4、[GMnG]2、[GMnG]4、[GFeG]1和[GCoG]2体系具有半金属特性,其他体系具有半导体或金属性质。Ni原子吸附体系的磁矩为零。V原子链吸附在纳米带最边缘位置时磁矩较小,其他位置的磁矩均为零。复合体系[GTMG](Mn、Fe、Cr、Co)的磁性较强且其磁矩大小按照Mn、Fe、Cr、Co的顺序降低,原子链中两个不同位置(A类和B类)原子的磁矩呈现明显的边缘效应。研究结果表明,结构稳定性、电子性质和磁性均与双层石墨烯纳米带的边缘效应有关,这种边缘效应带来了丰富的电磁性质,能够扩展石墨烯的应用范围。     

金属间化合物ErFe11-xMnxTi的结构和磁性

研究了Mn部分替代ErFe11Ti中的Fe对化合物结构和磁性的影响，利用真空电弧熔炼和真空热处理制备了ErFe11-xMnxTi（x=1.5,2.0,3.0.4.0,5.0,6.0)化合物样品，室温粉末样品的X射线衍射和热磁曲线测量表明：2．0≤x≤5.0成分范围内的ErFe11-xMnxTi化合物具有ThMn12型结构，且具有良好的单相性，随着Mn含量的增加，晶格常数以及单胞体积增大，在ErFe3Mn2Ti化合物的热磁曲线上观察到了自旋重取向转变，随着Mn含量的增加，居里温度单调降低，过液金属次晶格磁矩单调减小，化合物在4．4K温度下的饱和磁矩随Mn含量的增加而逐渐减小，在x=3.0附近的某一成分点为零，而后随Mn含量的继续增加而增大。     

L1_0-TiAl金属间化合物3d过渡金属合金化力学性能计算

采用第一原理赝势平面波方法研究了TiAl-X(X为3d过渡金属)超胞合金体系的几何、能量与弹性常数.通过计算、比较、分析Ti7Al8X与Ti8Al7X超胞的合金形成能,得出3d过渡金属在L10-TiAl合金中的占位情况:Sc、V和Cr主要优先占据Ti原子位,Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn则主要优先占据Al原子位.合金化超胞模型的晶体正方度(c/a)显示Mn、Fe和Co明显有利于改善TiAl合金的室温塑性.而比较其G/B值,V、Mn、Co和Ni具有韧化TiAl金属间化合物的作用.两者与实验结论不一致的原因可能在于合金化原子的浓度.     

自由空间中一维W原子链的磁性

应用基于密度泛函理论的第一原理方法,对自由空间中的一维W原子链的磁性进行了计算.得到了考虑自旋轨道相互作用的铁磁,反铁磁以及螺旋磁性结构的一维W原子链的原子磁矩随原子间距的变化及相应的磁学性质,并与不考虑自旋轨道相互作用的情况做了对比.结果发现,原子链的原子磁矩在原子间距的一个小变化范围内有个跃升,最终趋于单原子磁矩;与体材料时不同,稳定的一维W原子链具有磁性,而且反铁磁W原子链的相对稳定性高;轨道磁矩在有近邻原子作用时出现,且极化方向与自旋极化方向相反.最后,也对W一维原子链的电磁性质进行了讨论.     

Fe_4N电子结构及其磁性

铁粉在高温氮化氛围下能够形成强磁性铁氮化合物Fe_4N,为了研究其材料中不同占位Fe的磁性差异,文中运用基于密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势方法,通过实验上测量出的空间结构群、晶格常数和原子坐标来建立Fe_4N晶体结构,然后进行几何优化。由最稳定的几何构型,计算出了电子结构和磁性的大小。结果表明:N、顶角Fe(Ⅰ)和面心Fe(Ⅱ)的磁矩大小分别为0. 06,2. 94和2. 32μB.根据Mulliken电荷分布情况,详细分析了各位置原子特别是Fe的磁矩来源情况。可以看出,面心处的Fe(Ⅱ)磁矩大小明显要弱于顶角处Fe(Ⅰ),这个数据与实验和其他人的计算结果都符合得很好,证明本计算结果是有效的。通过分析各原子的自旋劈裂态密度图,发现Fe(Ⅰ)和Fe(Ⅱ)都出现了不同程度的自旋劈裂,在费米能级附近,Fe(Ⅰ)劈裂更明显,这很好地解释了顶角Fe(Ⅰ)有较大磁矩。由于中心N和面心Fe(Ⅱ)之间存在着比较强的共价作用,远大于N和顶角Fe(Ⅰ)之间的相互作用力,从而导致不同位置Fe的磁性强弱不同。     

TbFe10.5-xMnxMo1.5化合物的结构和磁性

用X射线和磁性测量研究了Mn替代Fe对TbFe10.5-xMnxMo1.5型金属间化合物的结构和磁性的影响。X射线衍射表明：TbFe10.5-xMnxMo1.5(x=1．5，2．0，3．0，4．0，5．0)化合物均为TnMn12型四方结构，晶格常数和单胞体积均随Mn含量增加而增大。磁性测量表明：TbFe10.5-xMnxMo1.5（x=1．5，2．0，3．0，4．0，5．0)化合物的居里温度和过渡金属次晶格磁矩随Mn含量的增加而逐渐降低；x=3．0化合物的热磁曲线上出现一个非零磁矩的类似补偿点；在4．5K温度下，化合物的饱和磁矩随Mn含量的增加而缓慢减小；x=3．0时达到最小值，然后又随Mn含量的增加而迅速增大。