Fe-Mn基Heusler合金磁性与结构的研究

论文摘要

本文中我们通过电弧熔炼方法制备了Ni50Fe25Ga25-xBx（x=0-4）系列样品，并对样品进行了退火热处理，利用XRD、交流磁化率等设备研究了样品的晶体结构，居里温度，相变行为。并利用快速甩带方法制备了Ni50Fe25Ga25-xBx（x=0-4）快淬样品。研究表明，随着B取代Ga的增多，其晶格常数逐渐减小，这主要是因为B原子的原子半径比较小，同时发现其居里温度逐渐减低，相变温度有升高趋势。我们基于第一性原理计算方法，采用GGA和LDA两种不同近似，分别计算了Ni2FeZ（Z=B,Al,Ga,In）在三种不同的晶体结构下，铁磁性状态时的能量与平衡晶格常数的关系，理论上确定了这些材料最稳定的晶体结构并得到了其电子结构能态图。计算结果表明最低能量时对应的晶格常数随Z原子从B变换到In时逐渐变大，我们认为其晶格常数的变化源自于原子半径的变大，同时面心与体心结构的相对稳定性发生变化。结果也表明Ni2FeZ（Z=B,Al,Ga,In）合金均具有很强的磁性，为铁磁性材料。我们成功合成了系列Fe1.5M0.5CoSi （M = V, Cr, Mn, Fe）合金，在理论和实验上做了低价电子数原子掺杂对Fe2CoSi电子结构和磁性影响的工作。理论计算表明M原子取代Fe原子时更趋向于占据B位，而非（A, C）位，并发现低价电子数原子掺杂有助于费米能级附近少数自旋能带电子能隙的出现，并将多数自旋能带电子态推向更高的能级区域，这导致了在这些合金中高自旋极化率的出现。M原子对于Fe原子的替代对于其居里温度的降低影响并不大，所有这些合金的居里温度均高于650K。计算所得的自旋磁矩与实验值符合相当好，即随着替换原子M价电子数的减少，其自旋磁矩遵循斯莱特-泡利曲线降低。同时我们分别采用GGA和LDA两种近似计算方法，分别计算了Fe2YB（Y=Cr,Mn, Co）合金在铁磁态和反铁磁态时的能量和晶格常数的变化关系，分析了其电子能态密度图，计算了他们的电子自旋极化率，发现他们有较高的自旋极化率，同时讨论了Fe2YB（Y=Cr,Mn, Co）合金中各原子对其总自旋磁矩的贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Heusler 合金的物理特性和发展概况
• 1.2 Heusler合金的开发潜力和应用功能
• 1.3 铁磁性形状记忆合金
• 1.3.1 形状记忆合金
• 1.3.2 铁磁性形状记忆合金
• 1.4 Heusler 合金中的铁磁性形状记忆合金
• 1.4.1 Ni-Mn-Ga 合金系：
• 1.4.2 Ni-Fe-Ga 合金系
• 1.4.3 Co-Ni-Ga（Al）合金系列
• 1.4.4 Ni-Mn-In（Sn，Sb）系列
• 1.5 本论文研究的目的，意义及研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 电弧炉熔炼制备多晶样品
• 2.1.2 退火炉对样品进行热处理
• 2.1.3 甩带机制备多晶样品
• 2.2 测量设备与原理
• 2.2.1 X 射线衍射仪
• 2.2.2 交流磁化率测量系统
• 2.2.3 振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer）
• 2.2.4 超导量子磁强计
• 2.3 理论计算方法
• 2.5 本章小结
• 2FeGa 合金相稳定性与马氏体相变的影响'>第三章 B 掺杂对Ni₂FeGa 合金相稳定性与马氏体相变的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验和计算方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 晶体结构与晶格常数
• 3.3.2 电子结构能态图
• 3.4 磁矩和居里温度
• 3.5 本章小结
• 2FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 电子结构与磁性'>第四章 Ni₂FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 电子结构与磁性
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 计算结果与分析
• 2FeZ（Z=B,Al,Ga,In ） 晶格常数与能量'>4.3.1 Ni₂FeZ（Z=B,Al,Ga,In ） 晶格常数与能量
• 2FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 晶格常数，能量与原胞磁矩列表'>4.3.2 Ni₂FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 晶格常数，能量与原胞磁矩列表
• 2FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 最低能量时所对应的能态图'>4.3.3 Ni₂FeZ（Z=B,Al,Ga,In） 最低能量时所对应的能态图
• 4.4 X RD 图谱
• 4.5 本章小结
• 1.5M_0.5CoSi（M=V,Cr,Mn,Fe） 合金磁性及电子结构的影响'>第五章 低价原子替代对Fe_1.5M_0.5CoSi（M=V,Cr,Mn,Fe） 合金磁性及电子结构的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验和计算方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 晶体结构与晶体占位
• 5.3.2 电子结构与磁性质
• 5.3.3 磁矩和居里温度
• 5.4 本章小结
• 2YB（Y=Cr,Mn,Co）电子结构与磁性'>第六章 Fe₂YB（Y=Cr,Mn,Co）电子结构与磁性
• 6.1 引言
• 6.2 计算方法
• 6.3 计算结果与分析
• 2CrB 计算结果与分析'>6.3.1 Fe₂CrB 计算结果与分析
• 2MnB 计算结果与分析'>6.3.2 Fe₂MnB 计算结果与分析
• 2CoB 计算结果与分析'>6.3.3 Fe₂CoB 计算结果与分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢