随着现代工业和国防科学技术的发展，稀土永磁材料在计算机、通讯、航天航空以及核工业等部门的应用日益广泛，传统的稀土永磁材料的某些磁性质(如矫顽力、居里温度及温度系数等)已不能适应新的应用要求．因此，具有更加优异磁性能的新型永磁材料的研究和开发已经成为当代磁学科研工作者的一个重要课题． 目前，关于新型永磁体的研究大多集中l在可应用于较高温度(≥450℃)的Sm-Co系列高居里温度和高矫顽力永磁材料．对于Sm<,2>Co<,l7>(2：17型)永磁体，虽然其表现出高居里温度(T<,C>920℃)和高磁能积[(BH)<,max>=297KJ／m<,3>]，但是它的温度系数太差(β=-0.3％)，致使其在300℃时，内禀矫顽力就下降到1T以下．近年来，实验发现具有TbCu<,7>(P6／mmm)型结构，以Sm-Co为基的稀土永磁材料具有较大的各向异性场(H<,A>=lO～18T)和较低的内禀矫顽力温度系数(β一0.11％)等高温优异磁性能,表现出更好的应用前景，引起了人们很大的兴趣．但是单纯的SmCO<,7>是亚稳相，不易制得，而且在较高温度就分解成合金SmCO<,5>与Sm<,2>CO<,l7>．现在人们发现，如果在亚稳相SmCO<,7>中加入某种第三元素(取代少量Co)，降低系统的内能，就有可能使亚稳态合金SmCO<,7>成为高温稳定相．因此，近几年的研究工作，都是通过大量实验，寻找三元合金Sm(Co，M)<,7>(M=Si，Cu，Ti，Zr,Hf等)的稳定结构．尽管人们对合金Sin(Co,M)<,7>做了大量研究工作，而且在实验室中取得了少量性能很好的样品，但其实验重复性很差，无法实现规模生产．至今，寻找三元合金Sm(CO,M)<,7>的工作仍然处在实验的初期阶段，人们对l:7型Sm-Co-M合金的实验研究并没有达到预期的效果． MS-Xa方法是由Slater等人根据能带理论的Hartree-Fock-Slater方程发展起来的一种关于物质电子结构及磁性的量子化学计算方法，这种方法与传统的Hartree-Fock自洽场分子轨道理论不同．与从头计算方法比较，MS-Xa方法在处理含有重原子的体系时，计算量的增加相对较少；其计算结果的精确度也可与从头计算方法相比拟．因此，我们采用基于原子团簇模型的MS-Xα方法研究了掺杂原子M(M=Cu，Ti，Si，Zr,Hf)对三元合金Sm(Co，M)<,7>的电子结构及磁性的影响，并分析了这些影响的微观机理，阐述了该合金体系的电子结构与磁性质的关系．本工作主要取得了以下研究成果： 1．研究了二元合金SmCo<,5>和SmCo<,7>的磁矩，以及掺杂原子M对三元合金Sin(C0，M)<,7>的磁矩的影响．研究结果显示，由于Sm-Co间的轨道杂化效应，导致一部分4f电子上升到费米面处并形成了窄能带，即具有了一定的扩展性．但是它们与Co原子中的4s和3d电子不同，它们既不是传导电子，也不具有巡游特性．事实上，这一部分4f电子仍然属于Sm格点．根据Hubbard模型。并考虑到处于深层的大部分4f电子的局域性和Fermi面附近少量4f电子的扩展特征，以及合金中轨道杂化效应所导致的原来Sm(5d)空轨道上占据了少量5d电子，可以得到Sm原子磁矩为1.29～1.61<,μB>，与Sm<3+>磁矩实验值(1.32～1.63<,μB>)及金属中Sm原子磁矩实验值(1.74<,μB>)基本符合．洪德法则的理论值(0.85<,μB>)，以及有些文献的计算值(0.38～0.40<,μB>)比实际值偏小，这是因为一般认为Sm(4f<6>)是局域性很强的内层电子，且4f自旋磁矩与轨道磁矩反方向，而没有考虑到合金中轨道杂化效应所导致的Sm(4f<6>)和，Sm(5d)轨道态的变化．研究还发现，与3d族(CU,Ti)或4d及5d族掺杂原子(Zr,Hf)相比，尽管半导体元素Si优先占据3g晶位，但对2e晶位的原子磁矩仍产生较大影响；2c晶位Co原子受掺杂元素的影响较小;其原子磁矩几乎不变．实验证明Sm-Co-M合金均具有很强的单轴各向异性．根据单粒子模型，这种磁晶各向异性是由于L-S耦合与晶场共同作用的结果．因此，合金中Co原子的轨道磁矩并没完全冻结，其计算值的大小为-0.385～0.603<,μB>．与实验值基本符合． 2．研究了合金SmC05中2c和3g晶位Co原子的轨道磁矩对磁晶各向异性的影响．计算表明，合金中Co(2c)晶位的自旋磁矩、轨道磁矩和冻结部分均略大于Co(3g)晶位，所以2c晶位的L-S耦合强度应略大于3g晶位，2c晶位对合金SmCo<,5>的磁晶各向异性的影响也应大于3g晶位．但Co(2c)晶位未被冻结的轨道磁矩却略小于Co(3g)晶位，因此合金中2c和3g两种晶位对磁晶各向异性的贡献大小之差别不应太大． 3．研究了亚稳相合金SmCo<,7>中Sm原子5d轨道的电子态密度分布特征，以及掺杂原子M对5d轨道电子态的影响机制，提出了3d-5d交换耦合模型． 研究表明，由于Sin-Co间的轨道杂化效应，导致了原来的Sm(5d)空轨道上占据了部分5d电子．在Fermi面附近，Sm(5d)-Co(3d)间产生了直接交换耦合，其本质属于反铁磁交换耦合，它是Sm-Co基合金中产生Sm-Co长程磁有序的一个重要原因．由于Sm(4f)的轨道磁矩大于其自旋磁矩，所以合金中Sm和Co原子磁矩平行取向．根据一般的铁磁唯象理论，其仍属于铁磁性物质．本文的研究结果也显示，由于传导电子的自旋极化效应，导致Sm格点周围出现了较小的s电子自旋磁矩(μ<,s>-0.167-0.129μ<,B>)．但是，由于传导电子极化效应的磁耦合机制对s电子的数量非常敏感，所以能够推断，这种类似于RKKY型的间接交换作用模型对此问题的实用性是有问题的．因为，已经知道Sm-Co间的交换耦合强度与Co-Co间的大致相当，属于强耦合，而RKKY型的间接交换耦合作用则属于较弱的磁耦合．因此，我们认为3d-5d直接交换耦合是合金中形成Sin-Co长程磁有序的一个重要因素．它与Co(3d)-Co(3d)直接交换耦合一样，属于强耦合，这一因素对Sin-Co合金中磁有序的贡献要大于传导电子自旋极化效应的影响．我们提出的3d-5d交换耦合模型丰富了关于Sm-Co间金属合金中交换作用的物理模型，对多年来关于稀土一过渡族(R-T)，间合金中交换作用物理机制的讨论，作出了较好的理论补充． 4．研究了掺杂原子M对2e晶位的磁矩及电子态密度(DOS)的影响机制，分析了合金Sin(Co，M)<,7>的电子结构与相结构稳定性的关系．由于2e晶位Co-Co哑铃对对合金SmCO<,5>中Sm的无序替代作用改变了Co原子晶位的周围磁性环境，而2e晶位Co-Co哑铃原子对的周围磁性环境与Sm原子晶位密切相关，所以Co(2e)与其周围原子的交换耦合和Sm与其周围原子的交换耦合特征有某种共性．因此，Co(2e)晶位携带负磁矩，即其自旋磁矩μ<,s>=-0.213pμ<,B>，这导致了合金SmCO<,7>的系统总内能比SmCo<,5>增大了10倍左右．因此，SmCo<,7>在室温下不稳定，易于分解为SmCo<,5>和Sm2Co<,17>相．当掺杂原子M替代部分Co原子后，由于M与Co原子的相互作用．2e晶位与其它晶位原子间的负耦合作用明显弱化．若M为Cu、Ti或Si时，自旋磁矩μ<,s>=0.039～-O.115μ<,B>；若M为Hf或Zr时，自旋磁矩μ<,S>=0.105～O.145μ<,B>；这些变化均有利于合金相内能的降低．计算得到Sm(Co，M)<,7>系列合金的系统总内能按照以下顺序逐步增大：E<,5m>Co<,5>．因此可以预期，三元合金Sm(Co，Hf)<,7>及Sm(Co，Zr)<,7>的晶体结构更稳定，并具有更好的磁性能，是最具有潜在应用前景的永磁材料． 5．用自旋非极化的MS-Xα方法研究了合金Sm(Co，Hf)<,7>的电子态密度及能带分布情况，分析了掺杂原子Hf对合金的磁稳定性的影响．计算表明，在Fermi面附近，d电子态对合金的总DOS的贡献远大于sp电子态的贡献；而且合金的Fermi面位于DOS的最大峰值处．因此，态密度N(E<,F>)对该系统的顺磁计算较大．另一方面，合金中Fermi面附近的团簇波函数呈反键形式，导致其原子轨道态在实空间中是高度局域的．在实空间中相对较局域的波函数产生了较大的Stoner积分值I(E<,F>)．所以，根据Stoner判据，Hf合金应具有很好的铁磁性磁有序稳定结构． 6．对Sm-Co-M组成的各类原子簇的自旋能级劈裂[ΔE=E<,i>(↓)-E<,i>(↑)]的性质及电子结构的研究表明，原子簇中负劈裂能级[ΔE=E<,i>(↓)-E<,i>(↑)<0]占价电子总能级的2.82～6.7l％，导致合金中Co-Co之间的平均交换耦合强度减弱．因此，合金Sm(C0，M)<,7>的居里温度比金属Co明显降低．对于掺杂Ti、Cu和Si的合金，其自旋负劈裂能级占价电子总能级的6.43～6.7l％，低于二元合金SmCo<,7>中的值5.82％．