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CuHg2Ti型Ti2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

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

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CuHg2Ti型Ti2Cr基合金的电子结构、能隙起源和磁性研究

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

Electronic structures, band-gap origins and magnetisms of Ti2Cr-based alloys with CuHg2Ti-type structure

Jia Hong-Ying, Dai Xue-Fang, Wang Li-Ying, Liu Ran, Wang Xiao-Tian, Li Peng-Peng, Cui Yu-Ting, Wang Wen-Hong, Wu Guang-Heng, Liu Guo-Dong
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  • 利用第一性原理计算方法,研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK(K=Sb,Ge,Sn,Sb,Bi)系列合金的电子结构、能隙起源和磁性. 研究发现:Ti2CrK(K=Si,Ge)合金是普通半导体材料;Ti2CrK(K=Si,Bi)合金是亚铁磁性半金属材料,其半金属性能隙受到Sb 和Bi 原子s 态的直接影响;Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体. 基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同,通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度,获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料;通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料. Ti2Cr1-xFexSn 和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性. 所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal 与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18 规则.
    The electronic structures, band-gap origins and magnetisms of Ti2Cr-based alloys with CuHg2Ti-type structure are studied using the first principles calculations. It is found that Ti2CrK (K=Si, Ge) alloys are semiconductors Ti2CrK (K=Sb, Bi) alloys are predicted to be half-metallic ferrimagnets and their half-metallic band gaps are affected directly by the S states of Sb and Bi atoms. Ti2CrSn alloy is a completely-compensated ferrimagnetic semiconductor. Due to the different band-gap origins of Ti2CrSn alloy in two spin directions, we can adjust the width of band gap by doping engineering. The ferrimagnetic spin-gapless materials are achieved by substituting Si or Ge for Sn. Substituting Fe or Mn for Cr, we gain a series of half-metallic materials. Ti2Cr1-xFexSn and Ti2Cr1-xMnxSn alloys are in ferrimagnetic states. All the half-metallic Ti2Cr-based alloys follow Mtotal=Zt-18 rule (Mtotal is the total magnetic moment and Zt is the valence concentration).
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51271071,11074160)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-10-0126)、河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(批准号:12965136D)、河北省自然科学基金(批准号:E2013202181)和河北省高等学校科学技术研究青年基金(批准号:Q2012008)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51271071, 11074160), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-10-0126), the Key Basic Research Program of Applied Basic Research Program of Hebei Province, China (Grant No. 12965136D), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. E2013202181) and the Science and Technology Research Foundation for Young Scholars of Higher Education of Hebei Province, China (Grant No. Q2012008).
    [1]

    Ishida S, Masaki T, Fujii S, Asano S 1998 Physica B 245 1

    [2]

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

    [3]

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

    [4]

    Heusler F, Starck W, Haupt E 1903 Verh. Deutsch. Phys. Ges. 5 220

    [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]

    Wen L W, Wang Y J, Pei H X, Zhi L H 2011 J. Phys.: Atom. Mol. Phys. 28 333 (in Chinese) [文黎巍, 王宇杰, 裴慧霞, 支联合 2011 原子与分子物理学报 28 333]

    [7]

    Tsidilkovski Isaak M 1996 Electron Spectrum of Gapless Semiconductors (New York: Springer)

    [8]

    Kurzman J A, Miao M S, Seshadri R 2011 J. Phys.: Condens. Matter 23 465501

    [9]

    Chen S W, Huang S C, Guo G Y, Lee J M, Chiang S, Chen W C, Liang Y C, Lu K T, Chen J M 2011 Appl. Phys. Lett. 99 012103

    [10]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [11]

    Wang X L 2008 Phys. Rev. Lett. 100 156404

    [12]

    Wang X, Peleckis G, Zhang C, Kimura H, Dou S 2009 Adv. Mat. 21 2196

    [13]

    Wang X, Dou X, Zhang C 2010 NPG Asia Mater. 2 31

    [14]

    Liu G D, Dai X F, Liu H Y, Chen J L, Li Y X, Xiao G, Wu G H 2008 Phys. Rev. B 77 014424

    [15]

    Ouardi S, Fecher G H, Felser C 2013 Phys. Rev. Lett. 110 100401

    [16]

    Skaftouros S, Ozdogan K, Sasioglu E, Galanakis I 2013 Appl. Phys. Lett. 102 022402

    [17]

    Xu G Z, Liu E K, Du Y, Li G J, Liu G D, Wang W H, Wu G H 2013 Europhys. Lett. 102 17007

    [18]

    Shi S Q, Wysocki A L, Belashchenko K D 2009 Phys. Rev. B 79 104404

    [19]

    Gong Z Z, Ji G F, Zhao F, Zhang L 2011 Chin. Phys. B 20 047103

    [20]

    Miura Y, Nagano K, Shirai M 2004 Phys. Rev. B 69 144413

    [21]

    Umetsu R Y, Kobayashi K, Kainuma R, Fujita A, Fukamichi K, Ishida K, Sakuma A 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2011

    [22]

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

    [23]

    Chioncel L, Arrigoni E, Katsnelson M I, Lichtenstein A I 2009 Phys. Rev. B 79 125123

    [24]

    Dai X F, Liu Z H, Yu S Y, Chen J L, Wu G H, Wang X Q, Liu G D 2007 Acta Phys. Sin. 56 1686 (in Chinese)[代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒, 王新强, 刘国栋 2007 物理学报 56 1686]

    [25]

    Dai X F, Liu Z H, Yu S Y, Chen J L, Wu G H, Wang X Q, Liu G D 2006 Acta Phys. Sin. 55 4883 (in Chinese)[代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒, 王新强, 刘国栋 2006 物理学报 55 4883]

    [26]

    Dai X F, Liu G D, Liu Z H, Wu G H, Chen J L 2005 Acta Phys. Sin. 54 4884 (in Chinese) [代学芳, 刘国栋, 柳祝红, 吴光恒, 陈京兰 2005 物理学报 54 4884]

    [27]

    Liu H Y, Yan L Q, Qu J P, Li Y X, Dai X F, Chen J L, Wu G H 2006 Acta Phys. Sin. 55 2534 (in Chinese) [刘何燕, 闫丽琴, 曲静萍, 李养贤, 代学芳, 陈京兰, 吴光恒 2006 物理学报 55 2534]

    [28]

    Xing N S, Gong Y H, Zhang W, Dong J M, Li H 2009 Comput. Mater. Sci. 45 489

    [29]

    Zhang X M, Dai X F, Chen G F, Liu H Y, Luo H Z, Li Y, Wang W H, Wu G H, Liu G D 2012 Comput. Mater. Sci. 59 1

    [30]

    Wei X P, Deng J B, Mao G Y, Chu S B, Hu X R 2012 Intermetallics 29 86

    [31]

    Feng L, Tang C C, Wang S J, He W C 2011 J. Alloys Compd. 509 5187

    [32]

    Ahmadian F 2012 J. Supercond. Nov. Magn. 25 1589

    [33]

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

    [34]

    Payne M C, Teter M P, Allan D C, Arias T A, Joannopoolous J D 1992 Rev. Mod. Phys. 64 1045

    [35]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [36]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [37]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Fiolhais C 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [38]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [39]

    Pyykkö P, Atsumi M 2009 Chem. Eur. J. 15 12770

    [40]

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

  • [1]

    Ishida S, Masaki T, Fujii S, Asano S 1998 Physica B 245 1

    [2]

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

    [3]

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

    [4]

    Heusler F, Starck W, Haupt E 1903 Verh. Deutsch. Phys. Ges. 5 220

    [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]

    Wen L W, Wang Y J, Pei H X, Zhi L H 2011 J. Phys.: Atom. Mol. Phys. 28 333 (in Chinese) [文黎巍, 王宇杰, 裴慧霞, 支联合 2011 原子与分子物理学报 28 333]

    [7]

    Tsidilkovski Isaak M 1996 Electron Spectrum of Gapless Semiconductors (New York: Springer)

    [8]

    Kurzman J A, Miao M S, Seshadri R 2011 J. Phys.: Condens. Matter 23 465501

    [9]

    Chen S W, Huang S C, Guo G Y, Lee J M, Chiang S, Chen W C, Liang Y C, Lu K T, Chen J M 2011 Appl. Phys. Lett. 99 012103

    [10]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [11]

    Wang X L 2008 Phys. Rev. Lett. 100 156404

    [12]

    Wang X, Peleckis G, Zhang C, Kimura H, Dou S 2009 Adv. Mat. 21 2196

    [13]

    Wang X, Dou X, Zhang C 2010 NPG Asia Mater. 2 31

    [14]

    Liu G D, Dai X F, Liu H Y, Chen J L, Li Y X, Xiao G, Wu G H 2008 Phys. Rev. B 77 014424

    [15]

    Ouardi S, Fecher G H, Felser C 2013 Phys. Rev. Lett. 110 100401

    [16]

    Skaftouros S, Ozdogan K, Sasioglu E, Galanakis I 2013 Appl. Phys. Lett. 102 022402

    [17]

    Xu G Z, Liu E K, Du Y, Li G J, Liu G D, Wang W H, Wu G H 2013 Europhys. Lett. 102 17007

    [18]

    Shi S Q, Wysocki A L, Belashchenko K D 2009 Phys. Rev. B 79 104404

    [19]

    Gong Z Z, Ji G F, Zhao F, Zhang L 2011 Chin. Phys. B 20 047103

    [20]

    Miura Y, Nagano K, Shirai M 2004 Phys. Rev. B 69 144413

    [21]

    Umetsu R Y, Kobayashi K, Kainuma R, Fujita A, Fukamichi K, Ishida K, Sakuma A 2004 Appl. Phys. Lett. 85 2011

    [22]

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

    [23]

    Chioncel L, Arrigoni E, Katsnelson M I, Lichtenstein A I 2009 Phys. Rev. B 79 125123

    [24]

    Dai X F, Liu Z H, Yu S Y, Chen J L, Wu G H, Wang X Q, Liu G D 2007 Acta Phys. Sin. 56 1686 (in Chinese)[代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒, 王新强, 刘国栋 2007 物理学报 56 1686]

    [25]

    Dai X F, Liu Z H, Yu S Y, Chen J L, Wu G H, Wang X Q, Liu G D 2006 Acta Phys. Sin. 55 4883 (in Chinese)[代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒, 王新强, 刘国栋 2006 物理学报 55 4883]

    [26]

    Dai X F, Liu G D, Liu Z H, Wu G H, Chen J L 2005 Acta Phys. Sin. 54 4884 (in Chinese) [代学芳, 刘国栋, 柳祝红, 吴光恒, 陈京兰 2005 物理学报 54 4884]

    [27]

    Liu H Y, Yan L Q, Qu J P, Li Y X, Dai X F, Chen J L, Wu G H 2006 Acta Phys. Sin. 55 2534 (in Chinese) [刘何燕, 闫丽琴, 曲静萍, 李养贤, 代学芳, 陈京兰, 吴光恒 2006 物理学报 55 2534]

    [28]

    Xing N S, Gong Y H, Zhang W, Dong J M, Li H 2009 Comput. Mater. Sci. 45 489

    [29]

    Zhang X M, Dai X F, Chen G F, Liu H Y, Luo H Z, Li Y, Wang W H, Wu G H, Liu G D 2012 Comput. Mater. Sci. 59 1

    [30]

    Wei X P, Deng J B, Mao G Y, Chu S B, Hu X R 2012 Intermetallics 29 86

    [31]

    Feng L, Tang C C, Wang S J, He W C 2011 J. Alloys Compd. 509 5187

    [32]

    Ahmadian F 2012 J. Supercond. Nov. Magn. 25 1589

    [33]

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

    [34]

    Payne M C, Teter M P, Allan D C, Arias T A, Joannopoolous J D 1992 Rev. Mod. Phys. 64 1045

    [35]

    Segall M D, Lindan P L D, Probert M J, Pickard C J, Hasnip P J, Clark S J, Payne M C 2002 J. Phys.: Condens. Matter 14 2717

    [36]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

    [37]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Fiolhais C 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [38]

    Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [39]

    Pyykkö P, Atsumi M 2009 Chem. Eur. J. 15 12770

    [40]

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

  • [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] 许佳玲, 贾利云, 刘超, 吴佺, 赵领军, 马丽, 侯登录. Li(Na)AuS体系拓扑绝缘体材料的能带结构. 物理学报, 2021, 70(2): 027101. doi: 10.7498/aps.70.20200885
    [3] 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
    [4] 辛月朋, 马悦兴, 郝红月, 孟凡斌, 刘何燕, 罗鸿志. 等价电子数组元Heusler合金Fe2RuSi中的原子占位. 物理学报, 2016, 65(14): 147102. doi: 10.7498/aps.65.147102
    [5] 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
    [6] 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
    [7] 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
    [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] 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
    [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] 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
    [13] 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
    [14] 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
    [15] 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
    [16] 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
    [17] 刘国栋, 王新强, 代学芳, 柳祝红, 于淑云, 陈京兰, 吴光恒. Si掺杂的铁磁形状记忆合金Co50Ni21Ga29Six的物性研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1686-1690. doi: 10.7498/aps.56.1686
    [18] 代学芳, 刘何燕, 闫丽琴, 曲静萍, 李养贤, 陈京兰, 吴光恒. CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质. 物理学报, 2006, 55(5): 2534-2538. doi: 10.7498/aps.55.2534
    [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
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-10
  • 修回日期:  2014-02-20
  • 刊出日期:  2014-05-05

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