自旋電子學(xué)器件因具有特殊的傳輸性質(zhì)而引起眾多學(xué)者的研究興趣,其中具有代表性的半金屬材料也逐漸走進(jìn)人們的視野。半金屬材料具有特殊的能帶結(jié)構(gòu),一側(cè)穿過(guò)費(fèi)米能級(jí),體現(xiàn)出金屬性;另一側(cè)存在帶隙,表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)。這就導(dǎo)致半金屬化合物在費(fèi)米能級(jí)處具有100%的自旋極化率,這一現(xiàn)象極大地提高了電子傳輸速率。Heusler合金作為半金屬材料中重要的一員一直以來(lái)都是研究熱點(diǎn):結(jié)構(gòu)多樣,可控性好,磁性豐富,熱電效應(yīng)以及磁性形狀記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)使得它在磁性記錄材料、熱電材料和智能材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。本文使用第一性原理計(jì)算研究了二元、三元和四元Mn基Heusler合金Mn₃Ga,Mn₂YGa（Y=V,Nb,Ta）,ScMnVGa（typeⅠ,Ⅱ,Ⅲ）的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,相變,電子性質(zhì),磁性,力學(xué)性能以及原子占位情況。首先對(duì)Mn基Heusler合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,計(jì)算了Mn₃Ga,Mn₂YGa（Y=V,Nb,Ta）,ScMnVGa（typeⅠ,Ⅱ,Ⅲ）的E-V曲線,并擬合到三階Birch-Murnaghan方程,得到各個(gè)結(jié)構(gòu)... 

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【部分圖文】：

自旋電子學(xué)材料分類(lèi)圖

[15]，它同時(shí)具有較大的自旋極化率和室溫磁性。在雙極磁性半導(dǎo)體中，不同過(guò)渡金屬離子的引入產(chǎn)生磁矩，又通過(guò)反鐵磁耦合而抵消。強(qiáng)的反鐵磁超交換相互作用導(dǎo)致了較高的磁序溫度。同時(shí)，不同過(guò)渡金屬間磁軌道能量的不匹配使得導(dǎo)帶和價(jià)帶中形成了高度自旋極化態(tài)。非對(duì)稱(chēng)反鐵磁半導(dǎo)體的作用就在于通過(guò)調(diào)節(jié)晶體場(chǎng)分裂、自旋交換分裂和磁軌道能量位置間的相互作用得到諸如半半導(dǎo)體、自旋無(wú)帶隙半導(dǎo)體和雙極磁性半導(dǎo)體等材料。本文研究物質(zhì)中將涉及到磁性金屬、半金屬、零帶隙半金屬和自旋無(wú)能隙半導(dǎo)體。它們的電子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.2所示。圖1.2不同自旋電子學(xué)能帶結(jié)構(gòu)示意圖：(a)磁性金屬，(b)半金屬，(c)零帶隙半金屬，(d)自旋無(wú)能隙半導(dǎo)體Fig.1.2Schematicdiagramofbandstructuresforvariousspintronicsmaterials(a)ferromagneticmetal,(b)halfmetal,(c)gaplesshalfmetal,(d)spingaplesssemiconductor.1.2Heusler合金1.2.1Heusler合金簡(jiǎn)介Heusler合金化合物的發(fā)現(xiàn)已有超過(guò)一百年的歷史，由于一些原因Heusler合金一直被認(rèn)為是合金，但嚴(yán)格意義上它屬于金屬間化合物。Heusler合金結(jié)構(gòu)多型，成分多元，有良好的可控性，且具有鐵磁性、反鐵磁性、半金屬性、磁性形狀記憶效應(yīng)和熱電效應(yīng)等豐富的物理性能。Heusler合金是在1903年由德國(guó)冶金工程師Heusler發(fā)現(xiàn)，便以他的名字命名。但由于當(dāng)時(shí)的測(cè)試水平限有限，Heusler合金的結(jié)構(gòu)在之后的三四十年才被系統(tǒng)地研究。1934年，Bradley等人[16]發(fā)現(xiàn)Cu2MnAl合金在室溫下屬于L21型，是由四個(gè)體心立方亞晶格組合而成。之后也有文章研究Heusler合金的居里溫度[17,18]和磁矩來(lái)源[18]等。1969年，Webster[19]發(fā)表了一篇名

第1章緒論5為Heusleralloys的綜述文章，里面詳細(xì)介紹了Heusler的各種研究成果，系統(tǒng)地討論了Heusler合金的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)和磁性等特性。此后，Heusler合金的研究和發(fā)展進(jìn)入了一段沉寂時(shí)期，直到1983年Groot等人[3]發(fā)現(xiàn)了NiMnSb化合物的半金屬性鐵磁性，有關(guān)Heusler合金的研究再次受到研究者的關(guān)注，之后跟Heusler合金半金屬性相關(guān)的研究成果被報(bào)道也越來(lái)越多。1.2.2Heusler合金的分類(lèi)及晶體結(jié)構(gòu)100多年來(lái)，對(duì)Heusler合金晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)逐漸清晰，通常為L(zhǎng)21或C1b結(jié)構(gòu)。二元Heusler合金的通式是X3Z，其中X的兩個(gè)位置不等價(jià)。三元Heusler合金分為全Heusler合金和half-Heusler合金，通式分別是X2YZ和XYZ，half-Heusler合金可以看作全Heusler合金中X的一個(gè)占位用空位來(lái)替代，即可得到half-Heusler合金。四元Heusler合金的結(jié)構(gòu)通式是XX’YZ，是將三元Heusler合金中的一個(gè)X用另一個(gè)元素替代。在這些通式中X,Y通常為過(guò)渡族金屬元素，Z為主族元素。某些不符合上述定義的合金也被寬泛地認(rèn)為是Heusler合金，包括X,Y元素包含堿土金屬，或者具有B2或A2結(jié)構(gòu)的合金。Heusler合金有A、B、C和D四個(gè)原子占位，如圖1.3所示，它可以看作是四個(gè)體心立方亞晶格堆疊而成。常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)及其特征列于表1.1，其中原子占位只是給出參考，將各種原子排列組合得到的數(shù)以萬(wàn)計(jì)的Heusler合金。眾所周知材料的物理特性與原子排列息息相關(guān)，即使元素相同但原子排列不相同的化合物，產(chǎn)生的物理特性也是千變?nèi)f化的，這也為拓展材料的物理特性提供了很大的空間。圖1.3Heusler合金的原子占位示意圖Fig.1.3AtomicoccupancyofHeusleralloy.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于密度泛函理論的第一性原理贗勢(shì)法[J]. 熊志華,孫振輝,雷敏生.  江西科學(xué). 2005(01)
[2]形狀記憶合金電機(jī)研究與應(yīng)用中的若干新發(fā)展[J]. 楊凱,辜承林.  微電機(jī)(伺服技術(shù)). 2000(02)



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