M型锶铁氧体电子结构及磁性能影响的第一性原理研究

发布时间：2020-03-28 18:42

【摘要】：锶铁氧体作为最常见的永磁材料之一,可以用来制作磁记录,磁存储,微波显示器等电子元器件。由于锶铁氧体具有较高的居里温度,较大的饱和磁化强度,极好的化学稳定性和较低的制备成本,使其在永磁材料中占据很重要的位置,然而锶铁氧体的磁性能与Nd-Fe-B磁性材料相比仍存在一定差异,如何提高M型锶铁氧体材料的磁性能成为主要研究目标。本论文主要采用第一性原理来计算SrFe12O19的稳定结构,研究了磁性能和电子结构,同时在稳定结构下研究了 Mn离子掺杂对SrFe12O19磁性能和电子结构的影响。使用基于密度泛函理论第一性原理方法,对具有64个原子的原胞进行研究,分别使用广义梯度近似GGA和GGA+U方法优化锶铁氧体的晶胞结构,并对Fe原子的磁矩和体系总磁矩进行对比,以此获得最优的近似方法。我们考察了9种可能的铁磁及多种亚铁磁构型,并对所有结构进行弛豫,通过比较所有结构的能量,我们得出最稳定的构型,对于后续的掺杂研究都是用这种稳定构型。在计算出最稳定的锶铁氧体构型之后,我们对体系的电子结构进行了计算,通过比较体系的能带带隙值来确定锶铁氧体是什么性质的材料,以及锶铁氧体中不同Fe离子对总态密度的贡献和Fe原子与O原子之间的成键情况。过渡族元素Mn原子与Fe原子的半径比较接近,Mn取代Fe原子后不会引起较大的晶格畸变。且两者3d轨道电子数不同,在Mn原子取代体系中的Fe原子后会对体系总磁矩产生很大影响,采用第一性原理方法对Mn掺杂锶铁氧体SrFe12.xMax.O19(x=0.5,x=1.0)替代能进行计算,我们主要考察了两种低含量的掺杂,以此来确定Mn原子更容易取代哪种位置的Fe原子。在得到Mn原子掺杂锶铁氧体中Fe原子的稳定构型之后,对锶铁氧体(x=0.5)和(x=1.0)的电子结构进行了研究,以此来确定Mn原子如何影响锶铁氧体的带隙。通过取代后体系的态密度分析来确定掺杂的Mn原子与周围的O原子成键情况。最后比较原胞与Mn原子取代锶铁氧体的晶格参数,磁矩变化,体积变化,以此确定Mn原子是否可以合理作为掺杂原子对锶铁氧体中的Fe原子进行取代。为实验室研究锶铁氧体磁性材料提供一定的理论基础。
【图文】：

锶铁氧体,原子,晶胞结构,离子

１－１邋（ａ）表示锶铁氧体的晶胞结构绿色球表示Ｓｒ原子，小灰色球表示Ｏ原子，，（ｂ）同Ｆｅ离子磁有序结构，蓝色球表示１２ｋ位置的Ｆｅ离子，红色球表示４ｆ２位置的紫色球表示４ｆ，位置的Ｆｅ离子，洋红色球表示２ａ位置的Ｆｅ离子，蓝绿色球表位置的Ｆｅ离子不同颜色字体标注表示Ｆｅ离子自旋方向。逡逑邋１－１邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ｕｎｉｔ邋ｃｅｌｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ邋ｆｅｒｒｉｔｅ，邋ｗｏ邋ｇｒｅｅｎ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋ａｒｅ邋Ｓｒ邋ａｔｏｍｓ邋ａｎｄ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋ａｒｅ邋Ｏ邋ａｔｏｍｓ，邋（ｂ）邋Ｔｈｅ邋ｆｉｖｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｏｒｄｅｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋Ｆｅ邋ｉｏｎｓ．邋Ｔ邋ａｎｄ邋Ｆｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｉｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｓｉｔｅｓ：邋２ａ邋（ｐｕｒｐｌｅ），邋２ｂ邋（ｃｙａｎ），邋１２ｋ邋（ｂｌｕｅ），邋４ｆｉ邋（ｐｕｒｐｌｅ），邋ａｎｄ邋４ｆ２邋（ｒｅＴｈｅ邋ｓｐｉｎ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｆｏｒ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋Ｆｅ３＋邋ａｒｅ邋ｌａｂｅｌｅｄ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｌｏｒｓ邋（ｂｌａｃｋ邋ａｎｄ邋ｒｅｄ）逡逑－２－逡逑

锶铁氧体,六角晶格,离子,结构稳定性

３．３．１结构稳定性逡逑在考察Ｍｎ掺杂锶铁氧体之前，我们首先考察锶铁氧体的结构及稳定的磁逡逑畴分布。ＳｒＦｅｌ２Ｏｌ９晶胞是一种具有六角晶格的结构，如图３－１所示，其空间群逡逑－１５－逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM273

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