论文部分内容阅读
Heusler合金中蕴含了丰富的物理现象，以往人们的研究主要集中在含有第Ⅷ族、第ⅦB族以及Cu等高价态过渡族的金属元素上，并发现了许多功能特性。本论文主要以含有低价态过渡族元素的Heusler合金为研究对象，理论和实验相结合，对材料的结构、电子结构、磁性等基本物性以及合成工艺等进行研究，其主要研究工作和成果概括如下：采用第一性原理计算，研究了V2Re基化合物的电子结构、磁性、能隙起源以及自旋轨道耦合对电子结构的影响。预计V2ReZ（Z=Al，Ga，In）合金是半金属。通过改变晶格参数，V2ReB也能具有半金属特性。这一系列材料能够在很宽的晶格畸变下保持半金属特性稳定。自旋轨道耦合作用能够影响V2ReZ（Z=Al，Ga，In）合金的原子间杂化以及增大电子的能态密度分布弥散度。实验上合成了立方结构的Ti2MnZ（Z=Al，Ga，In）合金。通过第一性原理计算，我们预测Ti2MnZ（Z=Al，Ga，In）合金为完全补偿的亚铁磁性近自旋无能隙半导体材料；Ti2MnZ（Z=Si，Ge，Sn，Sb，Bi）合金为半金属材料，上述材料遵循Mt=Zt-18。研究了Ti2Cr基合金的电子结构、磁性以及能隙起源。Ti2CrSn合金为完全补偿的亚铁磁性半导体材料。通过对其进行同主族元素替换掺杂，能够连续调节合金的能隙宽度，获得了真正的自旋无能隙材料；采用不同主族Sb、Bi元素替换Sn，实现了由半导体材料到半金属材料之间的转化；通过替换掺杂过渡族Fe、Co、Mn元素，获得了一系列半金属材料。实验上合成了一系列TiFeXY（X=Cr, Mn, Fe, Co, Ni;Y=Al, Ga,Si，Ge）四元合金材料，研究了原子半径以及价电子数对合金结构和相成份的影响。发现随着价电子浓度和原子半径的变化，合金分别形成立方LiMgPdSb（LMPS）型Heusler合金、C14型Laves相合金以及空间群为189的六方结构的四元合金。磁性测量表明，TiFeNiAl和TiFeNiGa合金具有蜂腰型的磁化曲线；TiFeMnGa热磁曲线中包含两个磁性转变点，是一种可能的磁致伸缩候选材料。研究了Fe、Co、Cr元素在NiMnSb合金中的掺杂问题，其中Fe、Co元素能溶于NiMnSb合金中形成新的四元LMPS型合金材料；Cr元素难溶于NiMnSb合金。进一步，我们研究了NiMnSb合金和Cr元素构成的多层膜超晶格体系，当界面为MnSb-Cr时，材料具有95%以上的极高自旋极化率。