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

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

赵晶晶 舒迪 祁欣 刘恩克 朱伟 冯琳 王文洪 吴光恒

引用本文:
Citation:

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

赵晶晶, 舒迪, 祁欣, 刘恩克, 朱伟, 冯琳, 王文洪, 吴光恒

Structural phase transition and magnetic properties of Co50Fe50-xSix alloys

Zhao Jing-Jing, Shu Di, Qi Xin, Liu En-Ke, Zhu Wei, Feng Lin, Wang Wen-Hong, Wu Guang-Heng
PDF
导出引用
  • 利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L21结构Co2FeSi高有序合金之间的Co50Fe50-xSix合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似(GGA+U)方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co2FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92B和777 ℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co2FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内.
    The structural and the magnetic properties of Co50Fe50-xSix alloys are investigated by carrying out experimental measurements and electron structure calculation. The alloy series exhibits the highly chemical ordering structure, showing a strong covalent bonding effect. The lattice parameters, molecular moment and Curie temperature linearly decrease with the increase of the Si content. The deviation of the structure is attributed to the atomic size effect. Based on Stearns theories, the decrease of the itinerant 3d (di) electron results in the decrease of Curie temperature due to the substitution of Si for Fe. The change of molecular moment follows the Slater-Pauling rule, but the calculation indicates that the change of the atomic moments is not linear. It implies that the covalent bonding effect is responsible for the magnetic changes. The molecular moment and Curie temperature of Heusler alloy Co2FeSi are measured to be 5.92 B and 777 ℃, respectively. The calculation results also indicate that the half-metallic property of Co2FeSi may not be so perfect as reported, which requires a new design of energy band for the practical application. The investigation also shows that the structural transition and the magnetic structure transition accumulate in a narrow interval of Si content, which may become a good object for studying the interaction between the magnetization and the structure.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2010CB833102)、国家自然科学基金(批准号:60971019)和北京市教育委员会学科与研究生教育建设项目专项资助的课题.
    [1]

    Wurmehl S, Fecher G H, Kandpal H C, Ksenofontov V, Felser C, Lin H J 2006 Appl. Phys. Lett. 88 032503

    [2]
    [3]

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

    [4]
    [5]

    Eguchi T, Matsuda H, Oki K 1968 IEEE Trans. Magn. 4 476

    [6]
    [7]

    Hanlumyuang Y, Ohodnicki P R, Laughlin D E, McHenry M E 2006 J. Appl. Phys. 99 08F101

    [8]
    [9]

    Okamoto H, Subramanian P R, Kacprzak L 2000 Desk Handbook Phase Diagrams for Binary Alloys (Vol. 2) (Ohio: ASM International) p1186

    [10]
    [11]

    Dai D S, Qian K M 1987 Ferromagnetism (Vol. 1) (Beijing: Science Press) p105 (in Chinese) [戴道生、钱昆明 1987 铁磁学(上卷)(北京:科学出版社) 第105页]

    [12]
    [13]

    Webster P J 1969 Contemp. Phys. 10 559

    [14]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p417 (in Chinese) [黄 昆、韩汝琦 1988 固体物理 (北京:高等教育出版社) 第417页]

    [15]
    [16]

    Stearns M B 1973 Phys. Rev. B 8 4383

    [17]
    [18]
    [19]

    Stearns M B, Norbeck J M 1979 Phys. Rev. B 20 3739

    [20]

    Buschow K H J, van Engen P G, Jongebreur R 1983 J. Magn. Magn.Mater. 38 1

    [21]
    [22]

    Wurmehl S, Fecher G H, Kandpal H C, Ksenofontov V, Felser C, Lin H J, Morais J 2005 Phys. Rev. B 72 184434

    [23]
    [24]

    O'handley R C 1999 Modern Magnetic Materials:Principles and Applications (Vol. 2) (New York: A Wiley-Interscience Publication) p144

    [25]
    [26]

    Kbler J, William A R, Sommers C B 1983 Phys. Rev. B 28 1745

    [27]
    [28]

    Qi J S, Yu H L, Jiang X F, Shi D N 2010 Int. J. Mod. Phys. B 24 967

    [29]
    [30]
    [31]

    Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, 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、李贵江、王文洪、吴光恒 2011 物理学报 60 047108]

    [32]

    Balke B, Fecher G H, Felser C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 242503

    [33]
  • [1]

    Wurmehl S, Fecher G H, Kandpal H C, Ksenofontov V, Felser C, Lin H J 2006 Appl. Phys. Lett. 88 032503

    [2]
    [3]

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

    [4]
    [5]

    Eguchi T, Matsuda H, Oki K 1968 IEEE Trans. Magn. 4 476

    [6]
    [7]

    Hanlumyuang Y, Ohodnicki P R, Laughlin D E, McHenry M E 2006 J. Appl. Phys. 99 08F101

    [8]
    [9]

    Okamoto H, Subramanian P R, Kacprzak L 2000 Desk Handbook Phase Diagrams for Binary Alloys (Vol. 2) (Ohio: ASM International) p1186

    [10]
    [11]

    Dai D S, Qian K M 1987 Ferromagnetism (Vol. 1) (Beijing: Science Press) p105 (in Chinese) [戴道生、钱昆明 1987 铁磁学(上卷)(北京:科学出版社) 第105页]

    [12]
    [13]

    Webster P J 1969 Contemp. Phys. 10 559

    [14]

    Huang K, Han R Q 1988 Solid State Physics (Beijing: Higher Education Press) p417 (in Chinese) [黄 昆、韩汝琦 1988 固体物理 (北京:高等教育出版社) 第417页]

    [15]
    [16]

    Stearns M B 1973 Phys. Rev. B 8 4383

    [17]
    [18]
    [19]

    Stearns M B, Norbeck J M 1979 Phys. Rev. B 20 3739

    [20]

    Buschow K H J, van Engen P G, Jongebreur R 1983 J. Magn. Magn.Mater. 38 1

    [21]
    [22]

    Wurmehl S, Fecher G H, Kandpal H C, Ksenofontov V, Felser C, Lin H J, Morais J 2005 Phys. Rev. B 72 184434

    [23]
    [24]

    O'handley R C 1999 Modern Magnetic Materials:Principles and Applications (Vol. 2) (New York: A Wiley-Interscience Publication) p144

    [25]
    [26]

    Kbler J, William A R, Sommers C B 1983 Phys. Rev. B 28 1745

    [27]
    [28]

    Qi J S, Yu H L, Jiang X F, Shi D N 2010 Int. J. Mod. Phys. B 24 967

    [29]
    [30]
    [31]

    Zhao J J, Qi X, Liu E K, Zhu W, 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、李贵江、王文洪、吴光恒 2011 物理学报 60 047108]

    [32]

    Balke B, Fecher G H, Felser C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 242503

    [33]
  • [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] 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
    [4] 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
    [5] 王啸天, 代学芳, 贾红英, 王立英, 刘然, 李勇, 刘笑闯, 张小明, 王文洪, 吴光恒, 刘国栋. Heusler型X2RuPb (X=Lu, Y)合金的反带结构和拓扑绝缘性. 物理学报, 2014, 63(2): 023101. doi: 10.7498/aps.63.023101
    [6] 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
    [7] 吕瑾, 秦健萍, 武海顺. ConAl (n= 18)合金团簇结构和磁性质研究. 物理学报, 2013, 62(5): 053101. doi: 10.7498/aps.62.053101
    [8] 张玉洁, 李贵江, 刘恩克, 陈京兰, 王文洪, 吴光恒, 胡俊雄. 亚铁磁Heusler合金Mn2CoGa和Mn2CoAl掺杂Cr, Fe和Co的局域铁磁结构. 物理学报, 2013, 62(3): 037501. doi: 10.7498/aps.62.037501
    [9] 张洪武, 周文平, 刘恩克, 王文洪, 吴光恒. Heusler合金NiCoMnSn中的磁场驱动马氏体相变、超自旋玻璃和交换偏置 . 物理学报, 2013, 62(14): 147501. doi: 10.7498/aps.62.147501
    [10] 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
    [11] 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
    [12] 杜音, 王文洪, 张小明, 刘恩克, 吴光恒. 铁基Heusler合金Fe2Co1-xCrxSi的结构、磁性和输运性质的研究. 物理学报, 2012, 61(14): 147304. doi: 10.7498/aps.61.147304
    [13] 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
    [14] 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
    [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] 孔令刚, 康晋锋, 王 漪, 刘力锋, 刘晓彦, 张 兴, 韩汝琦. CoxTi1-xO2-δ体材中氢退火引起的铁磁性及结构相变. 物理学报, 2006, 55(3): 1453-1457. doi: 10.7498/aps.55.1453
    [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:  6006
  • PDF下载量:  612
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-28
  • 修回日期:  2011-04-20
  • 刊出日期:  2011-05-05

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

  • 1. 北京化工大学理学院,北京 100029;
  • 2. 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室,北京 100190
    基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2010CB833102)、国家自然科学基金(批准号:60971019)和北京市教育委员会学科与研究生教育建设项目专项资助的课题.

摘要: 利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L21结构Co2FeSi高有序合金之间的Co50Fe50-xSix合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似(GGA+U)方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co2FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92B和777 ℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co2FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内.

English Abstract

参考文献 (33)

目录

    /

    返回文章
    返回