搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

铁基Heusler合金Fe2Co1-xCrxSi的结构、磁性和输运性质的研究

杜音 王文洪 张小明 刘恩克 吴光恒

引用本文:
Citation:

铁基Heusler合金Fe2Co1-xCrxSi的结构、磁性和输运性质的研究

杜音, 王文洪, 张小明, 刘恩克, 吴光恒

Structural, magnetic, transport, and half-metallic properties of Fe2Co1-xCrxSi Heusler alloys

Du Yin, Wang Wen-Hong, Zhang Xiao-Ming, Liu En-Ke, Wu Guang-Heng
PDF
导出引用
  • 基于多种实验手段和能带计算的方法, 对四元合金Fe2Co1-xCrxSi的晶体结构、 磁性、输运性质及能带结构进行了研究. 研究发现, 随着Cr的增加, 合金Fe2Co1-xCrxSi保持了高度有序结构, 逐渐从Hg2CuTi结构的Fe2CoSi 过渡到L21结构的Fe2CrSi; 由于次晶格网络的破坏, 居里温度逐渐下降; 系列合金的分子磁矩呈现线性下降, 符合半金属特性; 剩余电阻比率与原子占位有序程度密切相关, 呈现两端大、 中间小的特点. 在Cr替代Co的过程中, 材料半金属能隙逐渐打开, 表现半金属特征. 同时费米能级从Fe2CoSi半金属能隙的价带顶上移至Fe2CrSi能隙的导带底. 最大的能隙宽度出现在x= 0.75处, 这表明四元合金有可能成为具有更高自旋极化率和更强抗干扰能力的自旋电子学材料.
    The structural, the magnetic, the transport and the half-metallic properties of quaternary Heusler alloy Fe2Co1-xCrxSi are investigated. The studies of X-ray diffraction and temperature dependence of magnetization reveal that Fe2Co1-xCrxSi alloy always maintains a high degree of order, while the Curie temperature decreases gradually with the increase of Cr concentration x. Importantly, the lattice constant and the saturation magnetic moment of Fe2Co1-xCrxSi alloy follow the Vegard law and half-metallic Slater-Pauling rule, respectively. Based on the band structure calculation, Fe2Co1-xCrxSi alloy keeps a 100% spin polarization and Fermi level moves from the top of valence band to the bottom of conduction band, depending on Cr concentration x. Our results indicate that quaternary Fe2Co1-xCrxSi Heusler alloy is a promising robust half-metallic candidate for spintronics applications.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51171207) 和国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号: 51020161)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51171207), and the Science Fund for Creative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51020161).
    [1]

    de Groot R A, Mueller F M, Engen P G, Buschow K H J 1983 Phys. Rev. Lett. 50 2024

    [2]

    Katsnelson M I, Irkhin V Y, Chioncel L, Lichtenstein A I, de Groot R A 2008 Rev. Mod. Phys. 80 315

    [3]

    Yao Z Y, Fu J, Gong S H, Zhang Y S, Yao K L 2011 Acta Phys. Sin. 60 127103 (in Chinese) [姚仲瑜, 傅军, 龚少华, 张月胜, 姚凯伦 2011 物理学报 60 127103]

    [4]

    Liu J, Zhag R, Li L, Dong H N 2011 Chin. Phys. B 20 077101

    [5]

    Park J H, Vescovo E, Kim H J, Kwon C, Ramesh R, Venkatesan T 1998 Nature 392 794

    [6]

    Ji Y, Strijkers G J, Yang F Y, Chien C L, Byers J M, Anguelouch A 2001 Phys. Rev. Lett. 86 5585

    [7]

    Fujii S, Sugimura S, Ishida S, Asano S 1990 J. Phys. Condes. Matter 2 8583

    [8]

    Picozzi S, Continenza A, Freeman A J 2002 Phys. Rev. B 66 094421

    [9]

    Wang W H, Przybylski M, Kuch W, Chelaru L I, Wang J, Lu Y F 2005 Phys. Rev. B 71 144416

    [10]

    Wang W H, Sukegawa H, Shan R, Mitani S, Inomata K 2009 Appl. Phys. Lett. 95 182502

    [11]

    Ritchie L, Xiao G, Ji Y, Chen T Y, Chien C L, Zhang M 2003 Phys. Rev. B 68 104430

    [12]

    Li G N, Jin Y J, Lee J I 2010 Chin. Phys. B 19 097102

    [13]

    Ravel B, Raphael M P, Harris V G, Huang Q 2002 Phys. Rev. B 65 184431

    [14]

    Luo H Z, Zhu Z Y, Li M, Xu S F, Liu H Y, Qu J P 2007 J. Phys. D Appl. Phys. 40 7121

    [15]

    Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, Qian J F, Li G J, Wang W H, Wu G H 2011 Acta Phys. Sin. 60 047108 (in Chinese) [赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李桂江, 王文洪, 吴光恒 2011 物理学报 60 047108]

    [16]

    Webster P J 1969 Contemp. Phys. 10 559

    [17]

    Nakatani T M, Rajanikanth A, Gercsi Z, Takahashi Y K, Inomata K, Hono K 2007 J. Appl. Phys. 102 033916

    [18]

    Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 134428

    [19]

    Branford W R, Clowes S K, Bugoslavsky Y V, Gardelis S, Androulakis J, Giapintzakis J 2004 Phys. Rev. B 69 201305

    [20]

    Kumar D, Sankar J, Narayan J, Singh K, Majumdar A K 2002 Phys. Rev. B 65 094407

    [21]

    Blum C G F, Jenkins C A, Barth J, Felser C, Wurmehl S, Friemel G 2009 Appl. Phys. Lett. 95 161903

    [22]

    Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 174429

  • [1]

    de Groot R A, Mueller F M, Engen P G, Buschow K H J 1983 Phys. Rev. Lett. 50 2024

    [2]

    Katsnelson M I, Irkhin V Y, Chioncel L, Lichtenstein A I, de Groot R A 2008 Rev. Mod. Phys. 80 315

    [3]

    Yao Z Y, Fu J, Gong S H, Zhang Y S, Yao K L 2011 Acta Phys. Sin. 60 127103 (in Chinese) [姚仲瑜, 傅军, 龚少华, 张月胜, 姚凯伦 2011 物理学报 60 127103]

    [4]

    Liu J, Zhag R, Li L, Dong H N 2011 Chin. Phys. B 20 077101

    [5]

    Park J H, Vescovo E, Kim H J, Kwon C, Ramesh R, Venkatesan T 1998 Nature 392 794

    [6]

    Ji Y, Strijkers G J, Yang F Y, Chien C L, Byers J M, Anguelouch A 2001 Phys. Rev. Lett. 86 5585

    [7]

    Fujii S, Sugimura S, Ishida S, Asano S 1990 J. Phys. Condes. Matter 2 8583

    [8]

    Picozzi S, Continenza A, Freeman A J 2002 Phys. Rev. B 66 094421

    [9]

    Wang W H, Przybylski M, Kuch W, Chelaru L I, Wang J, Lu Y F 2005 Phys. Rev. B 71 144416

    [10]

    Wang W H, Sukegawa H, Shan R, Mitani S, Inomata K 2009 Appl. Phys. Lett. 95 182502

    [11]

    Ritchie L, Xiao G, Ji Y, Chen T Y, Chien C L, Zhang M 2003 Phys. Rev. B 68 104430

    [12]

    Li G N, Jin Y J, Lee J I 2010 Chin. Phys. B 19 097102

    [13]

    Ravel B, Raphael M P, Harris V G, Huang Q 2002 Phys. Rev. B 65 184431

    [14]

    Luo H Z, Zhu Z Y, Li M, Xu S F, Liu H Y, Qu J P 2007 J. Phys. D Appl. Phys. 40 7121

    [15]

    Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, Qian J F, Li G J, Wang W H, Wu G H 2011 Acta Phys. Sin. 60 047108 (in Chinese) [赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李桂江, 王文洪, 吴光恒 2011 物理学报 60 047108]

    [16]

    Webster P J 1969 Contemp. Phys. 10 559

    [17]

    Nakatani T M, Rajanikanth A, Gercsi Z, Takahashi Y K, Inomata K, Hono K 2007 J. Appl. Phys. 102 033916

    [18]

    Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 134428

    [19]

    Branford W R, Clowes S K, Bugoslavsky Y V, Gardelis S, Androulakis J, Giapintzakis J 2004 Phys. Rev. B 69 201305

    [20]

    Kumar D, Sankar J, Narayan J, Singh K, Majumdar A K 2002 Phys. Rev. B 65 094407

    [21]

    Blum C G F, Jenkins C A, Barth J, Felser C, Wurmehl S, Friemel G 2009 Appl. Phys. Lett. 95 161903

    [22]

    Galanakis I, Dederichs P H, Papanikolaou N 2002 Phys. Rev. B 66 174429

  • [1] 孙凯晨, 刘爽, 高瑞瑞, 时翔宇, 刘何燕, 罗鸿志. Zn掺杂对Heusler型磁性形状记忆合金Ni2FeGa1–xZnx (x = 0—1)电子结构、磁性与马氏体相变影响的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(13): 137101. doi: 10.7498/aps.70.20202179
    [2] Algethami Obaidallah A, 李歌天, 柳祝红, 马星桥. Heusler合金Mn50–xCrxNi42Sn8的相变、磁性与交换偏置效应. 物理学报, 2020, 69(5): 058102. doi: 10.7498/aps.69.20191551
    [3] 杨艳敏, 李佳, 马洪然, 杨广, 毛秀娟, 李聪聪. Co2-基Heusler合金Co2FeAl1–xSix(x = 0.25, x = 0.5, x = 0.75)的结构、电子结构及热电特性的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(4): 046101. doi: 10.7498/aps.68.20181641
    [4] 许佳玲, 贾利云, 靳晓庆, 郝兴楠, 马丽, 侯登录. 系列CoMnZnZ四元Heusler化合物的结构和半金属铁磁性. 物理学报, 2019, 68(15): 157501. doi: 10.7498/aps.68.20190207
    [5] 姚仲瑜, 孙丽, 潘孟美, 孙书娟, 刘汉军. 第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性. 物理学报, 2018, 67(21): 217501. doi: 10.7498/aps.67.20181129
    [6] 姚仲瑜, 孙丽, 潘孟美, 孙书娟. 第一性原理研究semi-Heusler合金CoCrTe和CoCrSb的半金属性和磁性. 物理学报, 2016, 65(12): 127501. doi: 10.7498/aps.65.127501
    [7] 陈家华, 刘恩克, 李勇, 祁欣, 刘国栋, 罗鸿志, 王文洪, 吴光恒. Ga2基Heusler合金Ga2XCr(X = Mn, Fe, Co, Ni, Cu)的四方畸变、电子结构、磁性及声子谱的第一性原理计算. 物理学报, 2015, 64(7): 077104. doi: 10.7498/aps.64.077104
    [8] 姜恩海, 朱兴凤, 陈凌孚. Heusler合金Co2MnAl(100)表面电子结构、磁性和自旋极化的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(14): 147301. doi: 10.7498/aps.64.147301
    [9] 贾红英, 代学芳, 王立英, 刘然, 王啸天, 李朋朋, 崔玉亭, 王文洪, 吴光恒, 刘国栋. CuHg2Ti型Ti2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究. 物理学报, 2014, 63(10): 107103. doi: 10.7498/aps.63.107103
    [10] 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. Heusler合金Fe2CrGa的磁性与结构. 物理学报, 2012, 61(2): 027502. doi: 10.7498/aps.61.027502
    [11] 赵建涛, 赵昆, 王家佳, 余新泉, 于金, 吴三械. Heusler合金Mn2NiGa的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(21): 213102. doi: 10.7498/aps.61.213102
    [12] 罗礼进, 仲崇贵, 方靖淮, 赵永林, 周朋霞, 江学范. Heusler合金Mn2 NiAl的电子结构和磁性对四方畸变的响应及其压力响应. 物理学报, 2011, 60(12): 127502. doi: 10.7498/aps.60.127502
    [13] 文黎巍, 王玉梅, 裴慧霞, 丁俊. Sb系half-Heusler合金磁性及电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047110. doi: 10.7498/aps.60.047110
    [14] 赵晶晶, 舒迪, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 冯琳, 王文洪, 吴光恒. Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性. 物理学报, 2011, 60(10): 107203. doi: 10.7498/aps.60.107203.1
    [15] 刘新浩, 林景波, 刘艳辉, 金迎九. Full-Heusler合金X2YGa(X=Co,Fe,Ni;Y=V,Cr,Mn)的电子结构、磁性及半金属特性的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107104. doi: 10.7498/aps.60.107104
    [16] 赵昆, 张坤, 王家佳, 于金, 吴三械. Heusler合金Pd2 CrAl四方变形、磁性及弹性常数的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(12): 127101. doi: 10.7498/aps.60.127101
    [17] 赵晶晶, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 钱金凤, 李贵江, 王文洪, 吴光恒. Co50Fe25-xMnxSi25系列合金的结构、磁性和半金属性研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047108. doi: 10.7498/aps.60.047108
    [18] 刘国栋, 王新强, 代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒. Fe和Co元素在铁磁性形状记忆合金Mn50Ni25-xFe(Co)xGa25中的作用. 物理学报, 2006, 55(9): 4883-4887. doi: 10.7498/aps.55.4883
    [19] 张 炜, 千正男, 隋 郁, 刘玉强, 苏文辉, 张 铭, 柳祝红, 刘国栋, 吴光恒. Heusler合金Co2TiSn的磁性与输运性能. 物理学报, 2005, 54(10): 4879-4883. doi: 10.7498/aps.54.4879
    [20] 千正男, 隋 郁, 刘玉强, 柳祝红, 刘国栋, 张 铭, 崔玉亭, 陈京兰, 吴光恒. 四元Heusler合金NiMnFeGa中Fe原子的磁性贡献. 物理学报, 2003, 52(9): 2304-2308. doi: 10.7498/aps.52.2304
计量
  • 文章访问数:  5608
  • PDF下载量:  604
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-29
  • 修回日期:  2011-12-30
  • 刊出日期:  2012-07-05

/

返回文章
返回