MnPd合金相变, 弹性和热力学性质的第一性原理研究

张炜; 陈文周; 王俊斐; 张小东; 姜振益

doi:10.7498/aps.61.246201

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摘要

运用基于密度泛函理论第一性原理方法研究了MnPd从立方顺磁到四方反铁磁的相变以及其弹性性质和热力学性质等. 结果表明: MnPd合金顺磁立方B2结构在施加了四方应变后, 结构不稳定, 会发生结构相变形成四方顺磁结构. 四方顺磁相弹性稳定, 然而在考虑了磁性后, 反铁磁四方相比四方顺磁相能量更低, 而且弹性和动力学都稳定, 说明反铁磁四方相是MnPd的低温结构. 从而得出MnPd合金的相变路径为两步: 先发生结构相变从顺磁B2立方结构转变为顺磁四方相, 再由磁性诱发相变形成反铁磁四方结构. 通过准谐近似得到了摩尔比热容, 徳拜温度等热力学性质.

关键词:

作者及机构信息

1.
西安邮电大学理学院, 西安 710121;

2.
西北大学现代物理研究所, 西安 710069

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10647008, 50971099)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20096101110017)和陕西省自然科学基础研究计划重点项目(批准号: 2010JZ002)资助的课题.

参考文献

[1]	Luo L J, Zhong C G, Jiang X F, Fang J H, Jiang Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 0521 (in Chinese) [罗礼进, 仲崇贵, 江学范, 方靖淮, 蒋青 2010 物理学报 59 0521]
[2]	Zhao J J, Shu D, Qi X, Liu E K, Zhu Wei, Feng L, Wang W H, Wu G H 2011 Acta Phys. Sin. 60 107103 (in Chinese) [赵晶晶, 舒迪, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 冯琳, 王文洪, 吴光恒 2011 物理学报 60 107103]
[3]	Zhao K, Zhang K, Wang J J, Yu J, Wu S X 2011 Acta Phys. Sin. 60 127101 (in Chinese) [赵昆, 张坤, 王家佳, 于金, 吴三械 2011 物理学报 60 127101]
[4]	Luo L J, Zhong C G, Fang J H, Zhao Y L, Zhou P X, Jiang X F 2011 Acta Phys. Sin. 60 127502 (in Chinese) [罗礼进, 仲崇贵, 方靖淮, 赵永林, 周朋霞, 江学范 2011 物理学报 60 127502]
[5]	Zhu W, Liu E K, Zhang C Z, Qin Y B, Luo H Z, Wang W H, Du Z W, Li J Q, Wu G H 2012 Acta Phys. Sin. 61 027502 (in Chinese) [朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪, 杜志伟, 李建奇, 吴光恒 2012 物理学报 61 027502]
[6]	Kren E, Solyom J 1966 Phys. Lett. 22 273
[7]	Umetsu R Y, Fukamichi K, Sakuma A 2002 J. Magn. Magn. Mater. 239 530
[8]	Kubota M, Ono K, Umetsu R Y, Akinaga H, Sakuma A, Fukamichi K 2007 Appl. Phys. Lett. 90 091911
[9]	Umetsu R Y, Mitsumata C, Sakuma A, Fukamichi K 2003 J. Magn. Soc. Jpn. 3 59
[10]	Yamada H, Shimizu H, Yamamoto K, Uebayashi K 2006 J. Alloys Compd. 415 31
[11]	Chen W Z, Li Q, Jiang Z Y, Zhang X D, Si L, Li L S, Wu R 2012 Physica B 407 2748
[12]	Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558
[13]	Kresse G, Furthmuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[14]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865
[15]	Kresse G, Joubert D 1990 Phys. Rev. B 59 1758
[16]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188
[17]	Chen W Z, Jiang Z Y, Si L, Li L S, Zhou B 2011 Solid State Commun. 151 1433
[18]	Li X F, Peng W M, Shen X M, Ji G F, Zhao F 2009 Acta Phys. Sin. 58 2660 (in Chinese) [李晓凤, 彭卫民, 申筱, 姬广富, 赵峰 2009 物理学报 58 2660]
[19]	Li X F, Liu Z L, Peng W M, Zhao A K 2011 Acta Phys. Sin. 60 076501 (in Chinese) [ 李晓凤, 刘中利, 彭卫民, 赵阿可 2011 物理学报 60 076501]
[20]	Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. Lond. 65 347
[21]	Zhang Y, Ke X Z, Chen C F, Yang J, Kent P R C 2009 Phys. Rev. B 80 024304

施引文献

[1]	Luo L J, Zhong C G, Jiang X F, Fang J H, Jiang Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 0521 (in Chinese) [罗礼进, 仲崇贵, 江学范, 方靖淮, 蒋青 2010 物理学报 59 0521]
[2]	Zhao J J, Shu D, Qi X, Liu E K, Zhu Wei, Feng L, Wang W H, Wu G H 2011 Acta Phys. Sin. 60 107103 (in Chinese) [赵晶晶, 舒迪, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 冯琳, 王文洪, 吴光恒 2011 物理学报 60 107103]
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[4]	Luo L J, Zhong C G, Fang J H, Zhao Y L, Zhou P X, Jiang X F 2011 Acta Phys. Sin. 60 127502 (in Chinese) [罗礼进, 仲崇贵, 方靖淮, 赵永林, 周朋霞, 江学范 2011 物理学报 60 127502]
[5]	Zhu W, Liu E K, Zhang C Z, Qin Y B, Luo H Z, Wang W H, Du Z W, Li J Q, Wu G H 2012 Acta Phys. Sin. 61 027502 (in Chinese) [朱伟, 刘恩克, 张常在, 秦元斌, 罗鸿志, 王文洪, 杜志伟, 李建奇, 吴光恒 2012 物理学报 61 027502]
[6]	Kren E, Solyom J 1966 Phys. Lett. 22 273
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[8]	Kubota M, Ono K, Umetsu R Y, Akinaga H, Sakuma A, Fukamichi K 2007 Appl. Phys. Lett. 90 091911
[9]	Umetsu R Y, Mitsumata C, Sakuma A, Fukamichi K 2003 J. Magn. Soc. Jpn. 3 59
[10]	Yamada H, Shimizu H, Yamamoto K, Uebayashi K 2006 J. Alloys Compd. 415 31
[11]	Chen W Z, Li Q, Jiang Z Y, Zhang X D, Si L, Li L S, Wu R 2012 Physica B 407 2748
[12]	Kresse G, Hafner J 1993 Phys. Rev. B 47 558
[13]	Kresse G, Furthmuller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[14]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865
[15]	Kresse G, Joubert D 1990 Phys. Rev. B 59 1758
[16]	Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188
[17]	Chen W Z, Jiang Z Y, Si L, Li L S, Zhou B 2011 Solid State Commun. 151 1433
[18]	Li X F, Peng W M, Shen X M, Ji G F, Zhao F 2009 Acta Phys. Sin. 58 2660 (in Chinese) [李晓凤, 彭卫民, 申筱, 姬广富, 赵峰 2009 物理学报 58 2660]
[19]	Li X F, Liu Z L, Peng W M, Zhao A K 2011 Acta Phys. Sin. 60 076501 (in Chinese) [ 李晓凤, 刘中利, 彭卫民, 赵阿可 2011 物理学报 60 076501]
[20]	Hill R 1952 Proc. Phys. Soc. Lond. 65 347
[21]	Zhang Y, Ke X Z, Chen C F, Yang J, Kent P R C 2009 Phys. Rev. B 80 024304

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MnPd合金相变, 弹性和热力学性质的第一性原理研究

1. 西安邮电大学理学院, 西安 710121;

2. 西北大学现代物理研究所, 西安 710069

基金项目:

国家自然科学基金(批准号: 10647008, 50971099)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20096101110017)和陕西省自然科学基础研究计划重点项目(批准号: 2010JZ002)资助的课题.

收稿日期: 2012-06-08

修回日期: 2012-07-06

刊出日期: 2012-12-05

摘要: 运用基于密度泛函理论第一性原理方法研究了MnPd从立方顺磁到四方反铁磁的相变以及其弹性性质和热力学性质等. 结果表明: MnPd合金顺磁立方B2结构在施加了四方应变后, 结构不稳定, 会发生结构相变形成四方顺磁结构. 四方顺磁相弹性稳定, 然而在考虑了磁性后, 反铁磁四方相比四方顺磁相能量更低, 而且弹性和动力学都稳定, 说明反铁磁四方相是MnPd的低温结构. 从而得出MnPd合金的相变路径为两步: 先发生结构相变从顺磁B2立方结构转变为顺磁四方相, 再由磁性诱发相变形成反铁磁四方结构. 通过准谐近似得到了摩尔比热容, 徳拜温度等热力学性质.

关键词:

Ab initio calculation of phase transitions, elastic, and thermodynamic properties of MnPd alloys

1.
School of Science, Xi'an University of Posts and Telecommunications, Xi'an 710121, China;

2.
Institute of Modern Physics, Northwest University, Xi'an 710069, China

Fund Project:

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10647008, 50971099), and the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education (Grant No. 20096101110017), and Key Project of Natural Science Foundation of Shaanxi Province of China (No. 2010JZ002).

Received Date: 08 June 2012

Accepted Date: 06 July 2012

Published Online: 05 December 2012

Abstract: The phase transitions, elastic and thermodynamic properties of MnPd are investigated using first-principles calculations. The elastic constant calculations indicate that the paramagnetic cubic structure is unstable to external strain and the softening of C11-C12 triggers the paramagnetic cubic phase transformation. The paramagnetic tetragonal structure is mechanically and dynamically stable. When considering the magnetic property, a antiferromagnetic tetragonal structure is lower in energy than the paramagnetic tetragonal structure. So we can conclude that the structural behaviors of MnPd alloys change from paramagnetic cubic to paramagnetic tetragonal, and then to antiferromagnetic tetragonal structure. Moreover, we employ quasiharmonic approximation to calculate the heat capacity and the Debye temperature.

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