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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

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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
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  • 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).
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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

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

  • 1. 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.

摘要: 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.

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