论文部分内容阅读
M2CoA型Heusler化合物Mn2CoAl、Mn2CoSi、Ti2CoAl和Ti2CoSi具有独特的电子结构和磁学性质。Mn2CoAl是一种自旋无带隙半导体，其电子结构的一个自旋方向存在能带间隙，另一个相反自旋方向的导带和价带边缘在费米能级相接触，呈现无带隙半导体特性。Mn2CoSi、Ti2CoAl和Ti2CoSi被预测为自旋半金属，其电子结构的一个自旋方向存在能带间隙，另一方面，费米能级贯穿半金属相反自旋方向的能带，呈现金属特性。不管是自旋无带隙半导体还是自旋半金属，载流子都具有极高的自旋极化率(几乎100％)，因而M2CoA型Heusler化合物在自旋电子学应用领域具有巨大潜力。此外，Mn2CoAl的无带隙能带结构对外界影响变化敏感，如压力、磁场等。所以系统地研究该系列自旋无带隙Heusler化合物的电子结构具有十分重要的意义。 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，本论文对不同压力下M2CoA(M=Mn，Ti;A=Al，Si)型Heusler化合物的晶体结构、晶格动力学性质、电子结构特征以及磁学性能展开了系统研究。本论文的研究内容主要由两个部分组成:常压下M2CoA(M=Mn，Ti;A=Al，Si)型Heusler化合物的晶体结构、晶格动力学性质、电子结构特征以及磁学性能（第三章），压力对M2CoA(M=Mn，Ti;A=Al，Si)型Heusler化合物的晶体结构、晶格动力学性质、电子结构特征以及磁学性能的影响（第四章）。 在反Heusler晶体结构的基础上，对常压下M2CoA型Heusler化合物Mn2CoAl、Mn2CoSi、Ti2CoAl和Ti2CoSi进行了系统的研究，并详细分析了它们的晶格动力学稳定性、电子结构和磁学性能。研究发现M2CoA型Heusler化合物在晶格动力学上均具有良好的稳定性。在基态下，Mn2CoAl表现为自旋无带隙半导体，而Mn2CoSi、Ti2CoAl和Ti2CoSi表现为自旋半金属特征。M2CoA型Heusler化合物的自旋相关零带隙-宽带隙的产生均源于MA原子，MD原子和Co原子的d电子间的强烈相互作用。计算得到的M2CoA型Heusler化合物的总磁矩为整数，符合Slater-Pauling规则。 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对不同压力(Mn2CoAl为0～76.2 GPa, Mn2CoSi为0～62.9 GPa, Ti2CoAl为0～56.2 GPa, Ti2CoSi为0～54.8GPa)下M2CoA(M=Mn，Ti;A=Al，Si)型Heusler化合物晶体结构、晶格动力学性质、电子结构特征以及磁学性能的变化情况进行了系统研究。研究发现Mn2CoAl，Ti2CoAl和Ti2CoSi能保持反Heusler晶体结构的稳定性，而Mn2CoSi则无法保持。随着外加等静压力的增加，反Heusler化合物Mn2CoAl的电子结构将发生以下转变:由自旋无带隙半导体(SGSⅠ)向绝缘体转变，然后向自旋无带隙半导体(SGSⅡ)转变，最后转变为半金属。在整个转变过程中，总自旋磁矩保持不变，为2.0μB，符合Slater-Pauling规则。Mn2CoSi和Ti2CoAl的电子结构始终为半金属，Mn2CoSi的总自旋磁矩逐渐减小，而Ti2CoAl的总自旋磁矩逐渐增大，它们均不遵循Slater-Pauling规则。随着压力的增加，Ti2CoSi的电子态也将发生变化:由半金属向自旋无带隙半导体(SGSⅠ)转变，然后向绝缘体转变，而后向自旋无带隙半导体(SGSⅡ)转变，最后转变为金属。在整个转变过程中，Ti2CoSi的总自旋磁矩逐渐增大，不遵循Slater-Pauling规则。