原子间相互作用势在稀土金属间化合物中的应用

论文题目: 原子间相互作用势在稀土金属间化合物中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 钱萍

导师: 陈难先

关键词: 原子间相互作用势,相稳定性,择优代位,居里温度

文献来源: 北京科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 原子间相互作用势的研究,是材料设计学的一个重要方向。但由于稀土金属间化合物结构复杂,而有关的原子间相互作用势也难以获得,致使此类材料的原子级模拟受到较大的限制,尤其是有关稀土与过渡族金属之间的相互作用势的研究还很少有人涉及。针对我国稀土资源丰富的国情,运用原子间相互作用势加强稀土过渡族金属间化合物永磁材料的研究意义重大。本工作的研究方法是利用简单虚拟结构的第一性原理计算,通过自主创新的Chen-M?bius晶格反演获得的稀土-过渡金属间化合物的原子间相互作用势,在稀土金属间化合物领域开展系列性的研究工作。本文系列性的研究了1:12钴基、锰基、铁基,2:17钴基、铁基以及间隙化合物的结构确定、相稳定性、择优代位、居里温度、磁晶各向异性以及晶格振动。涉及了160多种原子间相互作用势及300余种稀土金属间化合物。主要成果是:(1)首先使用晶格反演的原子间相互作用对势,通过能量最小化结构弛豫,得到了稀土永磁材料1:12,2:17体系的结构参数,与实验报道符合很好,误差在3.0 %范围以内;(2)用反演原子间对势确定了第三组元在1:12,2:17体系中的择优代位。结果表明,在1:12 Co基、Fe基体系中第三组元择优占据8i晶位,1:12 Mn基体系中Fe, Co, Ni择优占据8f晶位,在2:17体系中第三组元择优占据6c或4f晶位。对于1:12 Co基化合物,第三组元在择优占位的基础上还存在择优组态问题;(3)在择优代位的基础上,计算了一些特殊晶位原子间的键长,了解在不同组分的含量下反铁磁耦合的Fe-Fe磁矩及铁磁耦合的Co-Co磁矩的分布情况,研究了在不同稀土金属间化合物中居里温度随第三组元及间隙原子浓度的变化的机制;(4)磁晶各向异性与第三组元的择优占位关系最密切,不同晶位在磁晶各向异性中扮演着不同的角色,替位原子可以强化或者削弱被占据晶位的磁晶各向异性贡献,利用第三组元择优占位的计算,探讨了磁晶各向异性对组分的依赖关系;(5)利用晶格反演的原子间对势,计算了三元体系的声子态密度,同时从原子尺度分析了不同原子对晶格振动的贡献,并预测了这些化合物的比热、振动熵和德拜温度等热力学性质。(6)利用第一性原理对晶格反演势作用下弛豫后的晶体结构进行了态密度及磁性计算,对结果进行了定性分析。本工作进行了晶格反演势的原子级系列模拟,预测了稀土金属间化合物的结构性质、热力学性质以及磁学性质,力求能够在探索材料性能优化方面提供新的方法与借鉴。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

引言

1 文献综述

1.1 永磁材料的性能要求

1.2 稀土过渡族金属间化合物永磁材料的发展

1.3 开发中的新型永磁材料：稀土-铁-氮间隙型化合物

1.4 原子间相互作用势在稀土元素及其化合物中的构造和应用

1.5 本课题研究的方向和依据

2 基本理论

2.1 原子间相互作用势理论

2.2 陈氏三维晶格反演定理

2.3 晶格振动的计算方法

3 稀土金属间化和物的结构性质的研究

3.1 THMN_(12)的相稳定性和第三组元择优占位

3.2 TH_2ZN_(17) 型和TH_2NI_(17) 型结构的稳定性与择优占位

4 居里温度和磁晶各向异性的研究

4.1 居里温度的研究

4.2 磁晶各向异性的研究

5 声子谱及晶格振动特性计算

5.1 SM(CO,T)_(12) (T = CR, TI, V, NB, FE )晶格动力学的计算

5.2 NDMN_8T_4(T = FE, CO, NI)热力学性质的研究

5.3 SM_2FE_(17-X)T_X (T = TI, V, CR, MO)的晶格动力学计算

5.4 小结

结论

参考文献

附录A 稀土金属间化合物结合能曲线图

附录B 计算的晶格参数与实验的对比

附录C 不同晶位的原子间距

附录D 声子态密度图

附录E 比热、振动熵、德拜温度曲线图

在学研究成果

致谢

发布时间: 2007-08-16

参考文献

[1].原子间相互作用势函数的若干理论与应用研究[D]. 刘绍军.北京师范大学2001
[2].碰撞诱导转动传能中的量子干涉效应理论研究[D]. 孙萌涛.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）2003
[3].高温稠密物质结构及状态方程的研究[D]. 侯永.国防科学技术大学2009
[4].原子与双原子分子碰撞过程的量子力学研究[D]. 孙桂华.四川大学2002

原子间相互作用势在稀土金属间化合物中的应用

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