結(jié)構(gòu)缺陷、摻雜對反Heusler合金Ti2NiAl電子結(jié)構(gòu)和磁學性質(zhì)的影響.pdf

1、半金屬鐵磁體具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，其中自旋向上子能帶穿過了費米面，呈現(xiàn)金屬性;而自旋向下子能帶不跨過費米面，費米面剛好處于帶隙中呈非金屬性，從而導致其費米面處的自旋極化率為100％，顯示出半金屬性。我們把具有這類特性的材料稱之為半金屬材料。這類材料可以廣泛的用于隧道結(jié)、自旋閥、磁隨機存儲器等自旋依賴設(shè)備中。
　　隨著Heusler合金的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)一種新型的Hg2CuTi結(jié)構(gòu)的反Heusler合金具有半金屬性。然而，在實際的制

2、備過程中面臨巨大的困難，實驗證明表面、界面、原子缺陷、結(jié)構(gòu)無序及費米面與導帶或價帶邊緣之間較窄的帶隙等都容易影響這些合金的自旋極化率，從而造成其半金屬性的喪失。人們在研究Ti2CoAl的表面效應和原子缺陷時，發(fā)現(xiàn)它的五種可能的(001)端面以及可能的原子缺陷結(jié)構(gòu)的半金屬性喪失，但是摻雜適當濃度的Nb原子可以使半金屬性更加穩(wěn)定。
　　近年來，不管是理論上還是實驗上對反Heusler合金的缺陷效應和摻雜效應的研究都是相對較少的。研究發(fā)

3、現(xiàn)在Ti基的反Heusler合金中，Ti2NiAl具有穩(wěn)定的半金屬性并能夠抵抗溫度升高等帶來的干擾。因此，本文首先介紹研究背景，接著闡述了研究的理論基礎(chǔ)和計算方法。最后，基于密度泛函理論，我們研究了原子無序?qū)i2NiA1合金的半金屬性和磁性的影響，同時也探究了適當濃度的摻雜來進一步穩(wěn)定Ti2NiAl合金的半金屬性。
　　我們的研究結(jié)果如下:
　　1.在研究反Heusler合金Ti2NiAl的原子無序效應時，我們的計算表明T

4、iNi/Al和AlNi占位缺陷以及Ni-Al/Ti(B)和Al-Ti(A)交換缺陷具有正的形成能，這些無序發(fā)生的可能性很小，即使發(fā)生這類無序也可以通過退火方式使其回到有序結(jié)構(gòu)。然而，Ni/AlTi(A)、Ni/AlTi(B)和NiAl占位缺陷以及Ni-Ti(A)和Al-Ti(B)交換缺陷具有負的形成能，它們在實驗室制備Ti2NiAl的過程中可能形成，其中NiTi(A)占位缺陷最可能形成。此外，我們可以發(fā)現(xiàn)Ni原子更傾向于形成孤立的占位缺

5、陷，而Al原子則傾向于形成交換缺陷。Ni/AlTi(B)占位缺陷和Ni-Ti(A)、Al-Ti(B)交換缺陷的自旋極化率都出現(xiàn)了嚴重的降低，而Ni/AlTi(A)和NiAl占位缺陷的變化并不大，只有NiAl占位缺陷保持著100％的自旋極化率。
　　2.我們研究了單摻和共摻對反Heusler合金Ti2NiAl的影響。對于單摻Si原子的情況，隨著摻雜濃度的增加，雖然帶隙逐漸加寬，但是費米能級逐漸向低能區(qū)移動，最終導致體系的半金屬性喪失