自旋电子学中Mn基Heusler合金的第一性原理研究
发布时间：2021-03-21 05:50
自旋电子学器件因具有特殊的传输性质而引起众多学者的研究兴趣,其中具有代表性的半金属材料也逐渐走进人们的视野。半金属材料具有特殊的能带结构,一侧穿过费米能级,体现出金属性;另一侧存在带隙,表现出半导体性质。这就导致半金属化合物在费米能级处具有100%的自旋极化率,这一现象极大地提高了电子传输速率。Heusler合金作为半金属材料中重要的一员一直以来都是研究热点:结构多样,可控性好,磁性丰富,热电效应以及磁性形状记忆效应等优点使得它在磁性记录材料、热电材料和智能材料等方面有广阔的应用前景。本文使用第一性原理计算研究了二元、三元和四元Mn基Heusler合金Mn3Ga,Mn2YGa（Y=V,Nb,Ta）,ScMnVGa（typeⅠ,Ⅱ,Ⅲ）的结构稳定性,相变,电子性质,磁性,力学性能以及原子占位情况。首先对Mn基Heusler合金结构进行优化,计算了Mn3Ga,Mn2YGa（Y=V,Nb,Ta）,ScMnVGa（typeⅠ,Ⅱ,Ⅲ）的E-V曲线,并拟合到三阶Birch-Murnaghan方程,得到各个结构...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自旋电子学材料分类图
[15]，它同时具有较大的自旋极化率和室温磁性。在双极磁性半导体中，不同过渡金属离子的引入产生磁矩，又通过反铁磁耦合而抵消。强的反铁磁超交换相互作用导致了较高的磁序温度。同时，不同过渡金属间磁轨道能量的不匹配使得导带和价带中形成了高度自旋极化态。非对称反铁磁半导体的作用就在于通过调节晶体场分裂、自旋交换分裂和磁轨道能量位置间的相互作用得到诸如半半导体、自旋无带隙半导体和双极磁性半导体等材料。本文研究物质中将涉及到磁性金属、半金属、零带隙半金属和自旋无能隙半导体。它们的电子结构示意图如图1.2所示。图1.2不同自旋电子学能带结构示意图：(a)磁性金属，(b)半金属，(c)零带隙半金属，(d)自旋无能隙半导体Fig.1.2Schematicdiagramofbandstructuresforvariousspintronicsmaterials(a)ferromagneticmetal,(b)halfmetal,(c)gaplesshalfmetal,(d)spingaplesssemiconductor.1.2Heusler合金1.2.1Heusler合金简介Heusler合金化合物的发现已有超过一百年的历史，由于一些原因Heusler合金一直被认为是合金，但严格意义上它属于金属间化合物。Heusler合金结构多型，成分多元，有良好的可控性，且具有铁磁性、反铁磁性、半金属性、磁性形状记忆效应和热电效应等丰富的物理性能。Heusler合金是在1903年由德国冶金工程师Heusler发现，便以他的名字命名。但由于当时的测试水平限有限，Heusler合金的结构在之后的三四十年才被系统地研究。1934年，Bradley等人[16]发现Cu2MnAl合金在室温下属于L21型，是由四个体心立方亚晶格组合而成。之后也有文章研究Heusler合金的居里温度[17,18]和磁矩来源[18]等。1969年，Webster[19]发表了一篇名
第1章绪论5为Heusleralloys的综述文章，里面详细介绍了Heusler的各种研究成果，系统地讨论了Heusler合金的结构性质、电子性质和磁性等特性。此后，Heusler合金的研究和发展进入了一段沉寂时期，直到1983年Groot等人[3]发现了NiMnSb化合物的半金属性铁磁性，有关Heusler合金的研究再次受到研究者的关注，之后跟Heusler合金半金属性相关的研究成果被报道也越来越多。1.2.2Heusler合金的分类及晶体结构100多年来，对Heusler合金晶体结构的认识已经逐渐清晰，通常为L21或C1b结构。二元Heusler合金的通式是X3Z，其中X的两个位置不等价。三元Heusler合金分为全Heusler合金和half-Heusler合金，通式分别是X2YZ和XYZ，half-Heusler合金可以看作全Heusler合金中X的一个占位用空位来替代，即可得到half-Heusler合金。四元Heusler合金的结构通式是XX’YZ，是将三元Heusler合金中的一个X用另一个元素替代。在这些通式中X,Y通常为过渡族金属元素，Z为主族元素。某些不符合上述定义的合金也被宽泛地认为是Heusler合金，包括X,Y元素包含碱土金属，或者具有B2或A2结构的合金。Heusler合金有A、B、C和D四个原子占位，如图1.3所示，它可以看作是四个体心立方亚晶格堆叠而成。常见的晶体结构及其特征列于表1.1，其中原子占位只是给出参考，将各种原子排列组合得到的数以万计的Heusler合金。众所周知材料的物理特性与原子排列息息相关，即使元素相同但原子排列不相同的化合物，产生的物理特性也是千变万化的，这也为拓展材料的物理特性提供了很大的空间。图1.3Heusler合金的原子占位示意图Fig.1.3AtomicoccupancyofHeusleralloy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密度泛函理论的第一性原理赝势法[J]. 熊志华,孙振辉,雷敏生. 江西科学. 2005(01)
[2]形状记忆合金电机研究与应用中的若干新发展[J]. 杨凯,辜承林. 微电机(伺服技术). 2000(02)
本文编号：3092448
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自旋电子学材料分类图
[15]，它同时具有较大的自旋极化率和室温磁性。在双极磁性半导体中，不同过渡金属离子的引入产生磁矩，又通过反铁磁耦合而抵消。强的反铁磁超交换相互作用导致了较高的磁序温度。同时，不同过渡金属间磁轨道能量的不匹配使得导带和价带中形成了高度自旋极化态。非对称反铁磁半导体的作用就在于通过调节晶体场分裂、自旋交换分裂和磁轨道能量位置间的相互作用得到诸如半半导体、自旋无带隙半导体和双极磁性半导体等材料。本文研究物质中将涉及到磁性金属、半金属、零带隙半金属和自旋无能隙半导体。它们的电子结构示意图如图1.2所示。图1.2不同自旋电子学能带结构示意图：(a)磁性金属，(b)半金属，(c)零带隙半金属，(d)自旋无能隙半导体Fig.1.2Schematicdiagramofbandstructuresforvariousspintronicsmaterials(a)ferromagneticmetal,(b)halfmetal,(c)gaplesshalfmetal,(d)spingaplesssemiconductor.1.2Heusler合金1.2.1Heusler合金简介Heusler合金化合物的发现已有超过一百年的历史，由于一些原因Heusler合金一直被认为是合金，但严格意义上它属于金属间化合物。Heusler合金结构多型，成分多元，有良好的可控性，且具有铁磁性、反铁磁性、半金属性、磁性形状记忆效应和热电效应等丰富的物理性能。Heusler合金是在1903年由德国冶金工程师Heusler发现，便以他的名字命名。但由于当时的测试水平限有限，Heusler合金的结构在之后的三四十年才被系统地研究。1934年，Bradley等人[16]发现Cu2MnAl合金在室温下属于L21型，是由四个体心立方亚晶格组合而成。之后也有文章研究Heusler合金的居里温度[17,18]和磁矩来源[18]等。1969年，Webster[19]发表了一篇名
第1章绪论5为Heusleralloys的综述文章，里面详细介绍了Heusler的各种研究成果，系统地讨论了Heusler合金的结构性质、电子性质和磁性等特性。此后，Heusler合金的研究和发展进入了一段沉寂时期，直到1983年Groot等人[3]发现了NiMnSb化合物的半金属性铁磁性，有关Heusler合金的研究再次受到研究者的关注，之后跟Heusler合金半金属性相关的研究成果被报道也越来越多。1.2.2Heusler合金的分类及晶体结构100多年来，对Heusler合金晶体结构的认识已经逐渐清晰，通常为L21或C1b结构。二元Heusler合金的通式是X3Z，其中X的两个位置不等价。三元Heusler合金分为全Heusler合金和half-Heusler合金，通式分别是X2YZ和XYZ，half-Heusler合金可以看作全Heusler合金中X的一个占位用空位来替代，即可得到half-Heusler合金。四元Heusler合金的结构通式是XX’YZ，是将三元Heusler合金中的一个X用另一个元素替代。在这些通式中X,Y通常为过渡族金属元素，Z为主族元素。某些不符合上述定义的合金也被宽泛地认为是Heusler合金，包括X,Y元素包含碱土金属，或者具有B2或A2结构的合金。Heusler合金有A、B、C和D四个原子占位，如图1.3所示，它可以看作是四个体心立方亚晶格堆叠而成。常见的晶体结构及其特征列于表1.1，其中原子占位只是给出参考，将各种原子排列组合得到的数以万计的Heusler合金。众所周知材料的物理特性与原子排列息息相关，即使元素相同但原子排列不相同的化合物，产生的物理特性也是千变万化的，这也为拓展材料的物理特性提供了很大的空间。图1.3Heusler合金的原子占位示意图Fig.1.3AtomicoccupancyofHeusleralloy.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于密度泛函理论的第一性原理赝势法[J]. 熊志华,孙振辉,雷敏生. 江西科学. 2005(01)
[2]形状记忆合金电机研究与应用中的若干新发展[J]. 杨凯,辜承林. 微电机(伺服技术). 2000(02)
本文编号：3092448
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3092448.html
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