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基于Heusler合金中原子占位设计的思想,对Mn基Heusler合金中的原子进行选择性替代,采用电弧熔炼的方法制备了系列Mn基Heusler合金,通过X射线衍射、热分析和磁性测量并结合第一性原理计算重点研究了其晶体结构、磁补偿效应和电子结构。 由于Mn基Heusler合金具有可调控的磁结构,通过改变Mn基Heusler合金中的两套反平行排列的磁晶格的相对比例和成分,我们在Mn50-xCo25Ga25+x,Co50-xMn25Ga25+x和Co50-xMnxV25Ga25等系列合金成分的中点发现了磁补偿效应。结合第一性原理计算,给出了磁补偿现象的物理机制。它们中间成分的合金具有饱和分子磁矩低、低场灵敏度高、居里温度较高的特点,且保持一定半金属性,这使得中间成分的合金是一种具有补偿的亚铁磁半金属特征的材料,为开发新的自旋电子学材料提供了候选。 在Mn50-xCo25Ga25+x、Co50-xMn25Ga25+x、Co50-xMnxV25Ga25等系列立方合金体系和Ni50Mn5+xGa35-xCu10系列四方合金体系中,研究发现除原子半径外,共价杂化作用也是影响晶格参数的重要因素。随着相关体系合金中主族与过渡族原子间共价杂化作用的变化,其晶格参数对成分依赖关系曲线斜率在成分的中点出现拐点。同时研究了共价作用对原子磁矩的影响。 在立方结构的Co50-xMnxV25Ga25合金和四方结构的Ni50Mn5+xGa35-xCu10合金中,研究发现磁序和共价作用的竞争使得磁性原子Mn在成分变化的过程中“跳格”占位,这丰富了Heusler合金中的占位规则,是对既有经验的占位规则的有益补充。 对于本文涉及的合金体系的饱和分子磁矩的变化,我们基于原子占位规则的理论计算和实验值取得十分吻合的结果,这表明磁性测量也可以作为一种判断Heusler合金原子占位高度有序的手段。