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。     

四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的磁性和力学性质

采用第一性原理计算方法对四元全赫斯勒合金FeCrMnSi的电子结构、半金属性和磁性,以及力学性能进行了理论计算。计算结果表明,该合金是一种半金属亚铁磁性材料,具有100%的自旋极化率,平衡晶格常数为5.594?。合金具有良好的磁性,磁性来源于Fe-3d、Cr-3d和Mn-3d轨道的电子自旋以及它们之间的相互杂化作用。研究合金的磁性和晶格常数之间的关系发现,Mn原子和Cr原子的磁矩随晶格常数的改变发生明显变化,但是由于Cr原子和Mn原子磁矩的反向耦合作用,导致合金的总磁矩不变,说明外力作用对合金磁性没有影响。通过对力学性能的研究发现,该合金具有良好的力学延展性,是一种各向异性材料。     

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。     

Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金结构与力学性质的第一性原理研究

运用以密度泛函理论为基础的投影缀加波方法,研究Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金不同相结构的总能、磁性和力学性质.结果表明,Fe_(14)T_2(T=Cr,Mn,Co,Ni)二元合金的体心立方相(bcc相)的铁磁态能量最低,应为体系的基态.铁磁性的面心立方相(fcc相)具有高自旋和低自旋的特性,而反铁磁性的fcc相具有更低的能量,相对铁磁态更为稳定.弹性常数的计算表明,铁磁性fcc相的HS态和铁磁Fe_(14)Ni_2fcc相LS态在力学上不稳定,其他相均在力学上稳定.     

半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb)的结构、磁性与半金属性

为了探究半赫斯勒合金 CrMnZ的材料与电子性质,预测其用途,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,利用 Materials studio 6.0中的 CASTEP模块建模,计算了半赫斯勒合金CrMnZ(Z=P,As,Sb）的结构、磁性与半金属性 能。通过几何优化得出,CrMnP,CrMnAs和CrMnSb的平衡晶格常数分别为5.53,5.80和6.18■,平衡状态下能量分别为-13 206.983 0,-13 175.509 6和-13 089.869 6eV。通过磁矩计算结果和能带图的分析,计算的总磁矩接近于零,并在费米能级附近存在带隙,据此认为 CrMnP和 CrMnAs合金为半金属反铁磁性材料。Cr原子和 Mn原子的磁矩呈反平行排列。通过对态密度图的分析可以得出,半赫斯勒合金CrMnZ的带隙主要来自于 Cr-3d和 Mn-3d电子的能级劈裂。CrMnP,CrMnAs和 CrMnSb分别在5.32～5.67■,5.37～5.74■和5.53～5.93■保持半金属性质。     

四元Cu-20Ni-20Cr-2Si合金在900℃,0.1MPa纯氧中氧化行为研究

研究了Cu-20Ni-20Cr-2Si合金在900℃,0.1 MPa纯氧中的氧化行为。结果表明：合金由三相组成,氧化动力学偏离抛物线规律,其瞬时抛物线速率常数随时间而降低。与前面研究的三相Cu-20Ni-20Cr合金形成含有所有组元氧化物及它们复合氧化物的复杂氧化膜结构不同,目前研究的Cu-20Ni-20Cr-2Si合金内部形成了连续的Cr2O3层,这是由于向Cu-20Ni-20Cr合金中加入了第四组元Si后,降低了合金表面活泼组元形成氧化物所需的临界浓度,使合金表面易于形成活泼组元氧化物膜。     

四元Cu-20Ni-20Cr-2Si合金在900℃,0 1MPa纯氧中氧化行为研究

研究了Cu-20Ni-20Cr-2Si合金在900℃,0.1 MPa纯氧中的氧化行为。结果表明：合金由三相组成,氧化动力学偏离抛物线规律,其瞬时抛物线速率常数随时间而降低。与前面研究的三相Cu-20Ni-20Cr合金形成含有所有组元氧化物及它们复合氧化物的复杂氧化膜结构不同,目前研究的Cu-20Ni-20Cr-2Si合金内部形成了连续的Cr2O3层,这是由于向Cu-20Ni-20Cr合金中加入了第四组元Si后,降低了合金表面活泼组元形成氧化物所需的临界浓度,使合金表面易于形成活泼组元氧化物膜。     

Cr含量对Ti-V-Cr合金结构稳定性及抗腐蚀性 影响的电子结构计算

在合金体系中添加合金化元素来提高合金体系的抗腐蚀性是科学研究的重要手段之一.首先讨论了不同Cr含量下,Cr原子的分布对合金结构稳定性的影响.在此基础上,通过计算不同Cr含量的Ti-V-Cr合金体系的内聚能和形成能、费米能级和态密度,从电子层次分析Cr含量对Ti-V-Cr合金体系抗腐蚀性的影响.结果表明:随着合金体系Cr含量的增加,合金体系的内聚能升高,表明合金体系结构稳定性在降低;形成能均为负值,表明合金都稳定存在.态密度的研究表明,随着Cr含量的增加,赝能隙逐渐消失,合金体系中相邻原子间的成键作用减弱,合金体系的结构稳定性随着Cr含量的增加而降低,与内聚能的计算结果一致.态密度的研究还表明,随着Cr含量的增加,合金体系的费米能级在降低,费米能级处的总态密度值明显减小,并且态密度最大值向低能级方向移动,合金体系失电子能力减弱,有利于提高合金体系的抗腐蚀性.     

团簇Fe_3Cr_3电子自旋与磁性分析

本文设计了团簇Fe3Cr3理论模型并对非晶态合金Fe-Cr二元体系进行模拟,以密度泛函理论为基础在Gaussian09程序中选用B3LYP/Lanl2dz方法对初始构型进行优化计算,最终确定8种三重态优化构型.从电子自旋角度先后对成单电子分布情况及电子自旋磁矩展开研究,以此对团簇各构型的磁学性质进行细致分析.结果表明:d轨道上的成单α电子是电子自旋磁矩与磁性的主要贡献者;s与p轨道上的异自旋方向成单电子在一定程度上会削弱构型的稳定性;另外,本文从微观角度证明过渡金属Cr对构型磁矩的贡献最大从而对团簇磁性的影响也最大,继而对已有的"Cr的含量多少会对非晶态合金Fe-Cr的磁性强弱产生极大影响"宏观研究提供了理论支撑与解释.     

在Cs2CdX4(X=F,Cl):Cr3+四角晶位中配体对零场分裂和g因子的影响

用双自旋 轨道耦合模型和半经验的分子轨道法研究了Cr3 在Cs2 CdX4 (X =F ,Cl)四角晶位中的EPR零场分裂和 g 因子 .结果表明 ,不应忽略配体Cl对Cr3 的零场分裂和 g因子的贡献 .     

晶粒细化对Cu-20Co-20Cr合金高温化学稳定性影响

研究了机械合金化(MA)制备的Cu-20Co-20Cr合金在800℃,0.1 MPa纯氧气中的氧化行为。结果表明合金由两相组成,合金基体为富Cu的α相,富Cr的β相则以网状形式分散在α相中。合金的氧化动力学曲线不规则且偏离抛物线规律,其瞬时抛物线速率常数随时间而升高。合金表面形成的氧化膜为最多层结构,外层是一连续的CuO层,相邻的内层是以Co2O3,Cu2O为主及岛状黑色尖晶氧化物Cu2Cr2O4和Co2Cr2O6组成的混合氧化区,且越靠近合金内部氧化物的Cr含量越高,但最终未能形成连续的Cr2O3外氧化膜。MACu-20Co-20Cr合金的氧化速率明显高于PMCu-20Co-20Cr合金。可见,晶粒尺寸降低后Cu-20Co-20Cr合金组元间的扩散速度大大加快了,但其表面未能发生活泼组元Cr的选择性外氧化。     

Bex Zn1-x O1-y Sy四元合金热力学性质的第一性原理研究

通过等价阳离子如Be,Mg,Cd等部分取代Zn,同时共掺杂等价阴离子S取代O形成四元合金来调控ZnO带隙是目前ZnO能带研究的热点.四元合金中,Be的掺杂可以增加ZnO的禁带宽度,同时掺杂S可以降低晶格畸变,使Be_xZn_(1-x)O_(1-y)S_y(BeZnOS)合金在光电器件领域具有潜在的应用价值.利用第一性原理计算,研究纤锌矿(WZ)、闪锌矿(ZB)和岩盐矿(RS)相BeZnOS合金不同Be、S掺杂含量下各种构型的形成能、电子结构、热力学性质等.通过对BeZnOS合金的吉布斯自由能求出了在T=0K时随掺杂Be和S含量变化的组分相图(随着Be、S的掺杂含量增加,BeZnOS合金在纤锌矿-闪锌矿-岩盐矿三相间转变.计算得到的溶解度间隙岛给出了BeZnOS合金的理论固溶极限,同时也计算出了WZ-,RS-和ZB-BeZnOS四元合金随成分变化的带隙调控的范围.这些为实验上得到高质量不同相结构的BeZnOS四元合金薄膜提供了理论支持,同时也为高性能光电探测器的应用提供有益参考.     

二维二组元磁振子晶体薄板带结构的计算

采用平面波展开法,数值计算了由钴(Co)方柱正方排列于坡莫合金(Py)中构成的二维二组元磁振子晶体薄板的自旋波能带结构,其中外加磁场方向平行于薄板平面.计算结果表明,自旋波的传播强烈依赖于外加磁场的方向,可分为向后体静磁体波和类Damon-Eshbach波2种情况.在所考虑的磁振子晶体薄板结构中没有完全带隙产生,但沿外磁场方向传播的向后体波有部分带隙打开.     

应力导致的Fe2CrGe从反铁磁基态到铁磁半金属相变的计算研究

运用第一性原理计算研究了惠斯勒(Heusler)合金Fe₂CrGe的电子结构和磁性质,发现其基态是Fe离子处于低自旋态(S=0),而Cr离子处于高自旋态(S=1)的反铁磁金属相,反铁磁态能量比铁磁态能量约低0.103 eV.此外还发现,如果施加+1.7%和–1.7%的应变, Fe₂CrGe会从反铁磁有序变成铁磁有序,并出现半金属特性;当应变达到±5%时,出现了大约0.2 eV的半金属能隙.通过平均场理论估算了Fe₂CrGe的居里(Curie)温度,发现其对应的居里温度为393 K,远高于室温.这表明Fe₂CrGe是有潜力的自旋电子材料.     

(CrO_4)~(4-)的X_α研究

本文采用自旋极化的多重散射X_α方法,对Cr:Mg_2SiO_4晶体中(CrO_4)~4-的电子结构进行了计算,得到了该络离子的能级结构.计算中对Cr-O距离的影响作了研究.     

高Ru和高Cr对镍基高温合金组织稳定性的影响

在多组元的镍基高温合金中分别和同时加入高Cr和高Ru,经固溶处理后,在800～1100℃下进行10～1300h时效处理,观察组织并分析Ru、Cr以及二者交互作用对合金组织稳定性的影响. 结果表明:在无Cr和Ru的合金中,经过1000℃/1300h时效处理后无TCP相析出;加入高Cr的合金仅20h就在晶界发现了TCP相,50h后在枝晶干出现TCP相;在1000℃时效,TCP相比其他温度更易析出. 在同时加Cr和Ru的合金中,经过1000℃/1000h时效后并未发现TCP相的析出. 这说明高含量的Cr促进了TCP相的形成,而高Ru的添加在高Cr合金中也能有效地抑制TCP相的析出,提高组织稳定性.     

Cr含量对Fe3Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cr含量对DO3-Fe3 Al合金电子结构及力学性能的影响.通过计算掺杂前后体系的形成热和结合能明确Cr在超晶胞模型中的占位;通过计算各体系的弹性模量、布居、态密度及差分电荷密度揭示了Cr对Fe3 Al合金力学性能影响的微观机制.结果表明:含量为3.125 at.％时,Cr优先...     

Zr60Ni21Al19块体非晶合金的耐电化学腐蚀和抗氧化性能

该文研究了块体非晶态Zr60Ni21Al19合金的耐电化学腐蚀和抗氧化性能．非晶态Zr60Ni21Al19三元合金比与其同成分的晶态合金和0Cr18Ni9Ti不锈钢表现出了更正的电极电位,而且其在2mol／L HCl溶液中的腐蚀失重小于与其同成分的晶态合金和0Cr18Ni9Ti不锈钢,甚至小于五元的非晶态ZrTiCuNiBe合金．抗氧化性方面,虽然非晶态Zr60Ni21Al19三元合金好于与之同成分的晶态合金,但两者均表现出了良好的抗氧化性．     

二维三组元局域共振磁振子晶体带隙结构的优化

采用平面波展开法,数值计算了二维三组元磁振子晶体的带结构、磁化强度场分布以及自旋波的态密度.研究表明,磁振子晶体带隙的产生机制为局域共振机制,而非布拉格散射机制,通过调节单散射体的共振结构,不仅能够使自旋波在低频范围内产生完全带隙,而且可实现自旋波带隙的优化.     

NaCl型半金属铁磁体CrCa7Se8的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究,优化了具有NaCI结构的CrCa7Se8的几何结构．计算了其自旋极化的电子态密度,电荷分布和离子磁矩等电学和磁学性能,并分析了其电子结构,展望了其在自旋电子学中的应用。研究表明,CrCa7Se8在费米面处具有＋100％的自旋极化率,呈现出半金属性,其超胞磁矩为4．00μB,磁矩主要来源于过渡元素CrCa7Se8具有较宽的自旋带隙和较大的超胞磁矩,可作为自旋半导体材料的优质自旋注入材料。同时,它可能具有较高的居里温度,从而在自旋电子学中具有广泛的应用前景。Cr离子的电子结构为eg2↑t2g2↑。