Ni-Mn基Heusler铁磁形状记忆合金磁性质及马氏体相变理论研究

论文摘要

本文以密度泛函理论为基础,采用平面波赝势法,系统研究了合金成分对Ni-Mn-X （X=Ga, Sn, Sb）铁磁形状记忆合金的总能量、晶体结构、电子结构及磁性质的影响规律,揭示其马氏体相变机制和磁相变作用机理,为新型磁驱动记忆材料的设计、制备和应用提供理论指导。研究表明,Mn含量的变化对Ni-Mn-Ga合金的相结构有重要影响。当Mn含量为25at.%时,Ni-Mn-Ga发生马氏体相变,其原因在于马氏体相稳定性高于母相。随Mn含量的增多,Ni-Mn-Ga母相晶格常数反常增大,这与材料结构稳定性有关。随Mn含量的增多,Ni-Mn-Ga的Mn位上的Mn与Ga位上的Mn为反铁磁交换作用,导致母相和马氏体的总磁矩近似线性降低。Co的加入使Ni-Mn-Ga母相由反铁磁转化为铁磁交换作用,而马氏体相磁性质仍为反铁磁,从而增加了母相与马氏体相的饱和磁化强度差。计算发现,随Mn含量增多,Ni-Mn-Sn母相晶格常数降低。Ni-Mn-Sn母相总磁矩随Mn含量的增多近似线性的降低,这是由于在偏离等原子比的Ni-Mn-Sn中Mn（A）-Mn （B）为反铁磁相互作用。Co取代Ni时,Co起铁磁激活作用,使Ni-Mn-Sn母相由反铁磁相互作用转化为铁磁相互作用,从而增加了母相与马氏体相得饱和磁化强度差。Co的加入对Ni-Mn-Sn母相的自旋向上能态密度几乎没有影响,但明显改变自旋向下能态密度。能态密度分析表明,费米能级处的总能态密度可以表征母相稳定性。理论研究表明,Ni-Mn-Sb母相晶格常数随Mn含量增多而降低。富Mn的Ni-Mn-Sb母相总磁矩随Mn含量的增多近似线性的降低,其原因在于Mn位上的Mn与Sb位上的Mn为反铁磁交换作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 Ni-Mn基磁性形状记忆合金结构及性质
• 1.2.1 Ni-Mn基磁形状记忆合金的分类
• 1.2.2 Ni-Mn基磁性形状记忆合金的结构
• 1.2.3 磁性形状记忆合金性质
• 1.3 选题意义及主要研究内容
• 第2章 理论方法介绍
• 2.1 引言
• 2.2 密度泛函理论
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
• 2.2.2 Kohn-Sham方程
• 2.2.3 CASTEP模块
• 2.3 第一性原理计算方法
• 第3章 Ni-Mn-Ga合金的磁性质及马氏体相变
• 3.1 引言
• 3.2 Ni-Mn-Ga合金的晶体结构
• 3.3 Ni-Mn-Ga马氏体相变及磁性质
• 3.4 Co的掺杂对Ni-Mn-Ga合金马氏体相变及磁性质影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 Ni-Mn-Sn合金磁性质及磁驱马氏体相变
• 4.1 引言
• 4.2 Ni-Mn-Sn磁性质
• 4.3 Ni-Mn-Sn合金磁驱马氏体相变机制
• 4.4 Co的掺杂对Ni-Mn-Sn合金的磁性质及马氏体相变的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 Ni-Mn-Sb合金磁性质及磁驱马氏体相变
• 5.1 引言
• 5.2 Ni-Mn-Sb合金的晶体结构
• 5.3 Ni-Mn-Sb磁性质
• 5.4 Ni-Mn-Sb合金磁驱马氏体相变机制
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢