金属间化合物YFe12−xVx中替代元素的致稳机理与系统磁性的理论研究

基于密度泛函理论(Density Functional Theory , DFT), 采用线性增强平面波展式结合改进的局域轨道方法(APW+lo), 对Y, Fe, V, FeV, YFe_12−xV_x和Y₂Fe₁₇的结构和磁性进行了优化和计算. 解释了纯的具有ThMn12结构的YFe₁₂不能存在的原因以及少量钒对于铁原子的替代能使系统稳定的机理. 对于YFe_12−xV_x系统磁性的计算表明, 随着钒原子的加入不仅会使体系中铁原子的浓度降低, 而且还导致铁原子之间的相互作用改变从而使铁原子本身的磁矩减小, 这些因素都会引起系统的磁性减弱.     

Y-Fe系列化合物磁性的理论研究

从第一性原理出发，使用VASP程序（Vienna ab initio simulation package）计算了Y-Fe系列化合物的磁性和态密度。结果表明所讨论的Y-Fe系列化合物都是亚铁磁性的；Y原子的负磁矩是由Y原子和Fe原子的d带电子之间的强共价相互作用引起的；除YFe，外，Y-Fe系列化合物中Fe的平均原子磁矩随着Fe含量的增加而增大。     

YIG磁性薄膜低温集成工艺

为使YIG磁性薄膜应用到Si集成电路中,利用Sol-Gel技术晶化温度低的特点,结合快速热处理(RTP)工艺在Si基上制备了Y2.97Bi0.03Fe5O12薄膜.讨论了Sol-Gel工艺薄膜制备条件的优化,使用原子力显微镜(AFM),X射线衍射仪(XRD)和交变梯度磁强计(AGM)研究了RTP工艺对薄膜样品表面形貌、晶相结构及静态磁性能的影响.结果显示:Sol-Gel技术有效降低了薄膜晶化温度,RTP热处理工艺对Y2.97Bi0.03Fe5O12薄膜结晶温度、晶相结构没有影响,对表面形貌影响较大,从而使薄膜静态磁性能略有降低,但通过低温退火可有效改善RTP工艺对薄膜磁性能的影响.     

R(Fe,M)12的间隙原子效应研究

利用中子衍射,磁测量和Linear-muffin-tin-orbital (LMTO)能带结构计算研究了间隙氮原子对R(Fe, M)₁₂金属间化合物的结构和磁性的影响。系统地分析了间隙原子效应,并解释了间隙原子效应的起因和机理。     

Ag12Y团簇三种可能构型的电子结构和磁性研究

应用密度泛函理论和广义梯度近似方法研究Ag12 Y团簇的稳定性、电子结构和磁性,计算了键长、束缚能、最高占据轨道、最低占据轨道、磁矩和电子分布．结果表明：Ag12 Y团簇稳定性比对应的Ag12团簇高,替代中心原子比替代表面原子更稳定,Oh构型的Ag12 Y为最稳定结构;计算的7个Ag12 Y团簇外层电子均为闭壳层结构,具有较好的化学稳定性;Ag12 Y磁性与替代原子位置和团簇对称性有关,Ih构型和替代表面原子形成的C5v构型具有局域磁性,Cs、C2v构型和替代中心原子形成的C5v构型磁矩为0．     

Nd2Fe17Nx化合物的交换耦合和磁性

用MS Xα方法研究了Nd2 Fe1 7Nx 化合物的电子结构和磁性质 ,发现在Fe(f)和Fe(c)晶位间存在着负交换耦合 ,间隙N原子的作用使化合物的元胞体积稍为增大 ,因此负交换耦合强度减弱 .计算结果表明 ,晶体的几何结构对称性与原子间距离是影响物质磁性和居里温度的两个关键因素     

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。     

Ge_(12) TM团簇的几何结构和电子特性的研究

基于全电子的密度泛函理论对Ge_(12)TM(TM=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn)团簇基态结构和电子性质进行了系统地研究,分析和讨论了基态结构的稳定性、电子特性及磁特性。研究结果表明:随着3d过渡金属原子序数的增加,过渡金属原子趋于占据Ge_(12)笼的中心位置;计算得到了Ge_(12)Mn团簇的新的稳态构型;Ge_(12)Ni相对于其他原子掺杂的团簇具有较强的结构稳定性;在磁性方面,Ti,Cr,Fe,Ni,Zn发生了自旋磁矩的淬灭,自旋磁矩变为零,Sc,V,Mn,Co,Cu原子仍具有磁性,其中Mn原子的磁性最强,约为2μB,这些原子相对应的团簇的自旋磁矩都相同皆为1μB。     

R(Fe, Si)12(R=Y, Nd)化合物的电子结构与磁性

介绍了新近发展的基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波((L)APW)+局域轨道(lo)方法, 并对R(Fe, Si)₁₂化合物(R=Y, Nd)作了理论计算. 由结构优化后的单胞总能量分析了Si原子的占位分布, 计算得到并分析了Si原子替代晶位不同引起的原子磁矩、总态密度和局域态密度的变化特点. 结果表明RFe₁₀Si₂化合物(R=Y, Nd)饱和磁矩明显大于同类RFe₁₀M₂化合物(M=Ti, V, Cr, Mn, Mo和W), Si原子在化合物中存在两种杂化机制, Si(8j)原子会同时减小3种晶位Fe原子磁矩, Si(8f )则主要减小Fe(8i)与Fe(8j)原子磁矩. 由Fermi面态密度变化分析认为加入Si原子会大大提高化合物居里温度.     

Fe掺杂SiC纳米管的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,在局域自旋密度近似下,系统研究了Fe掺杂SiC纳米管电子结构和磁性.计算结果显示用Fe替代C时SiC纳米管显示反铁磁性,而Fe替代Si却出现铁磁性特征,是一种半金属磁性材料.形成能计算结果显示铁磁性结构比反铁磁性结构低3.2eV,Fe原子更容易替代Si原子,两种掺杂的基态都诱发了自旋极化现象.同时,掺杂的Fe原子都向管外发生了一定的弛豫,Fe替代C掺杂发生了较大的几何畸变,但掺杂并未破坏SiC纳米管整体几何结构.能带结构和态密度计算显示在费米能级附近出现了更多弥散的能级分布,特别是Fe替代Si出现了明显的自旋劈裂现象,发生了强烈的p-d杂化效应,自旋电子态密度的计算结果揭示磁矩主要来源于Fe原子未成对3d电子的贡献.这些结果表明过渡金属掺杂SiC纳米管也许是一种很有前途的磁性材料.     

电荷转移盐BEST2[Fe(CN)5 NO]电磁性质的研究

本文采用从头计算方法并利用GGA近似，研究了电荷转移盐BEST2[Fe(CN)5NO]的电磁性质，理论计算的结果显示该电荷转移盐具有磁性和电导共存的性质，我们发现氧的2p轨道、氮的2p轨道、铁原子的t2g轨道、硒的2p轨道和硫的2p轨道的π电子提供了电导的性质，而磁性主要来源于配位体[Fe(CN)5NO]^2-阴离子，铁原子t2g轨道上的π电子、氰基基团、局域在氮氧自由基上的未成对的电子提供了磁性，我们的理论结果与实验十分相符。     

稀土Fe基3：29和1：12型化合物的磁性研究

稀土Fe基3：29和1：12型磁性合金化合物显示硬磁性特征,具有发展成为新型永磁材料的可能性.研究其磁性机理有助于理解其磁性的本质.本文发展了传统的磁价模型,并将其适用性由强磁合金拓展到亚铁磁性的弱磁性合金.利用发展的磁价模型系统研究RFe12xMx,R3Fe29xMx和R2Fe17xMx（R=稀土元素,M=第三掺杂金属元素）稀土合金化合物及其渗碳和吸氮化合物的磁性.理论与实验相符.研究表明：稀土Fe基3：29和1：12型合金化合物的磁性与稀土磁矩相关.合金的弱磁性源于合金内部存在的亚铁磁性.渗碳或吸氮处理,导致合金内部亚铁性-铁磁性转变.导带中的sp电子对于磁性的贡献与重稀土的极化、碳和氮原子的俘获密切相关.发展的磁价模型甚至可以根据稀土化合物的结构式对其磁性进行预测.     

Ⅳ族元素掺杂的α-Fe的第一性原理研究

采用基于自旋极化的密度泛函理论的第一性原理方法,使用超原胞模型对Ⅳ族元素掺杂的α-Fe体系α-Fe:X(X=C,Si,Ge)的电子结构和磁学性质进行了系统研究.计算得到了α-Fe体系掺杂前后的能带结构、电子态密度及电荷密度分布等.对计算结果的分析表明:C、Si元素的替位使原胞的体积有所减小,而Ge的替位则导致原胞体积的增大;C和Ge的替位使得电荷密度分布的方向性增强,预示着C和Ge与周围原子相互作用有比较明显的共价性,而Si的替位却对周围电荷密度的影响很小;掺杂时,各替位原子本身基本上都没有表现出磁性,而各Fe原子都保持有磁性,其磁矩都比纯α-Fe中的Fe原子略大.     

基于特殊准随机结构模型的顺磁性奥氏体相的第一性原理研究

利用特殊准随机结构(special quasi-random structure, SQS)模拟顺磁性奥氏体相,基于密度泛函理论的第一性原理,使用VASP软件计算了无磁性和顺磁性fcc Fe结构的磁矩、平衡晶格常数及空位形成能,并与前人的实验值和模拟计算值进行对比。结果显示,相较于传统的无磁性模拟方法而言,利用SQS模型模拟顺磁性奥氏体相不仅能体现出单个铁原子的磁性特点,并且计算得到的空位形成能和晶格常数与实验值有着更好的一致性,由此可见,利用SQS模型构建顺磁性奥氏体相是可行的。     

SrFe_(2-x)Ru_xAs_2中Ru掺杂引起的自旋密度波压制

利用第一性原理计算研究了超导母体材料SrFe2As2中用Ru原子替代Fe原子引起的自旋密度波压制.尽管Ru和Fe有相同的价电子结构,但是因为Ru的4d能带比Fe的3d能带更扩展,所以这种替代仍然能很明显的改变体系的能带、费米面等电子结构信息.通过第一性原理计算,我们发现在0 x 2的掺杂区域,材料的磁性相图可以分为3个区域:(Ⅰ)条纹状反铁磁态(0.0 x 0.6);(Ⅱ)低自旋态(0.6 x 1.0);(Ⅲ)非磁性态(1.0 x2.0).我们的理论计算结果不仅和实验结果非常完美的符合,同时能很好的解释随着Ru原子替代Fe原子,样品的自旋密度波被压制,超导开始出现.     

高能球磨Fe-TiN间界面反应及磁性

利用X射线衍射(XRD)结合穆斯堡尔谱和宏观磁性测量研究了高能球磨Fe TiN体系的界面反应机制及界面磁性.结果表明：通过高能球磨，部分Fe原子扩散到TiN晶粒中形成顺磁相TiN(Fe)，Fe原子的扩散溶解随球磨时间增加而饱和.同时，部分TiN在球磨过程中分解成Ti和N并溶入Fe晶格形成铁磁性的Fe(Ti，N)固溶体.Ti和N原子溶入后使样品饱和磁化强度产生变化.随固溶量的增加，饱和磁化强度先增大后减小.     

金属Fe、Y单掺杂TaON的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,研究金属Fe、Y单掺杂对斜锆石相TaON电子结构和光学性质的影响.研究结果表明,掺杂后TaON电子结构和光学性质的变化主要源于杂质原子d态电子的贡献.Fe、Y掺杂均在禁带中引入了新的杂质能级,并使费米能级处的态密度值有所增加,带隙宽度有所减小,从而导致吸收光谱的吸收边沿发生明显的红移,说明Fe、Y掺杂对于提高TaON的可见光催化性能和电输运性能起到很好的促进作用.两相比较,就提高光催化性能和电输运性能来说,Fe掺杂的效果优于Y掺杂.     

Fe1-xCox合金电子结构和磁性的理论研究

Fe1-xCox合金的磁性强烈依赖于合金的结构以及合金中Fe、Co的含量．该文从第一性原理出发，应用线性缀加平面波(LAPW)的方法，计算了Co含量分别在x=0．00，0．25，0．50，0．75，1．00时合金的电子结构和磁性．随着x值的增大，合金中原子总的平均磁矩和Fe原子的平均磁矩都呈现出先增加后减小的趋势，而Co原子磁矩在不同成分下基本保持不变．计算结果和试验结果较好地解释了Fe1-xCox合金的磁学性质．     

γ-Fe(111)，Co(0001)，Ni(111)，C(0001)晶面电子密度计算及触媒作用优劣的价电子结构分析

由于Fe,Co,Ni元素密集面上的原子与石墨层面上单号原子间距相近,常用作触媒,使石墨在较低压力和温度下直接转化为金刚石,异相界面上电子密度的大小和差异直接影响其结合能力.笔者应用余瑞璜教授的固体与分子经验电子理论,对Fe,Co,Ni,C的价电子结构进行了键距差(BLD)分析,发现γ-Fe处于B种杂化第12阶, Co 在第12 阶,Ni在第10 阶,C在第6 阶.计算出γ-Fe(111),Co(0001),Ni(111),C(0001)晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)分别为38.272 8 nm - 2,54.603 5 nm - 2,54.766 6 nm - 2,76.334 0 nm - 2.作为触媒,Co 和Ni优于Fe.     

用VASP的Pseudopotential和Projector augmented-Wave方法计算Fe,Co和Ni的bcc,fcc和hcp结构磁性的比较

应用Pseudopotential(PP)和Projector augmented—wave(PAW)方法分别计算Fe，Co，Ni的bee，fcc和hcp三种晶体结构时的晶格常数，原子磁矩和总能量以及它们的关系。并对所得的结果进行了比较，得出了在进行有关磁性材料的结构和磁性方面的计算时，使用PAW方法比使用PP方法更可靠的结论，并指出了Fe，Co，Ni的bee，fcc，hcp这三种结构与磁性的关系。