Inverse Heusler合金 Ti2Ni1_xCoxAl1_ySiy半金屬性和磁性的第一性原理研究.pdf

1、自旋電子學(xué)器件因比傳統(tǒng)微電子學(xué)器件數(shù)據(jù)儲存能力更大、信息處理速度更快、耗能更低等優(yōu)勢得以迅速發(fā)展。應(yīng)用于自旋電子學(xué)的材料，需要具有較高的電子極化率，因此在理論上具有100％自旋極化率的半金屬材料在這一領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
　　目前，已被理論預(yù)測或?qū)嶒炞C實的半金屬材料很多，其中Heusler合金因與半導(dǎo)體晶格失配率較小且具有高于室溫的居里溫度而倍受研究者們關(guān)注。然而大量實驗表明， Heusler合金在實際制備過程中往往會受到溫度、

2、成分比例等制備環(huán)境的影響發(fā)生原子無序、結(jié)構(gòu)缺陷等，導(dǎo)致其半金屬帶隙變窄、費米能級微移等，使得并不能在實際制備的Heusler合金中檢測到理論上預(yù)測的100%自旋極化率。此外，部分理論上已顯示通過摻雜適當(dāng)比例的雜質(zhì)元素可改變Heusler合金的能隙寬度以及費米面所處的位置，而實驗上也證實適當(dāng)?shù)膿诫s可提高Heusler合金的自旋極化，因而摻雜極有可能被作為一種發(fā)展具有良好性能的半金屬鐵磁材料的有效途徑。
　　自從Cr2CoGa合金被應(yīng)

3、用于異質(zhì)結(jié)以來，半金屬 inverse Heusler合金也愈發(fā)受到研究者們的青睞。在對Ti基inverse Heusler合金進行研究時，Ti2NiAl和Ti2CoSi合金均被預(yù)測到具有半金屬性，然而在分析它們的能帶結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)Ti2NiAl的費米面處于自旋向下子能帶帶隙的底部而Ti2CoSi的費米面卻處于帶隙頂部，半金屬性均易受原子無序、結(jié)構(gòu)缺陷等的影響使得自旋極化率降低。因此，本文基于第一性原理，分別對inverse Heusler

4、合金Ti2NiAl的Ni位和Al位進行Co、Si原子單摻和共摻來進一步穩(wěn)定其半金屬性，同時也探究了摻雜體系的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)。
　　主要研究結(jié)果如下：
　　1. Co/Si單摻和Co+Si共摻Ti2NiAl體系的晶格常數(shù)隨摻雜濃度的增加呈線性減小，與Vegard原理符合得很好。體系的磁矩隨著Co濃度的增加而減小，隨Si濃度的增加而增大，且當(dāng)體系保留有半金屬性質(zhì)時，這種變化遵循Slater-Pauling原理。
　　2.

5、通過對缺陷形成能的計算，發(fā)現(xiàn)Co+Si共摻體系的缺陷形成能大多為負(fù)值，而Co/Si單摻體系的多為正值，說明陰陽離子共摻普遍比單離子摻雜的形成能低，也更容易形成。
　　3.對于Co/Si單摻體系，隨著Co濃度的升高，體系的費米能級逐漸向高能區(qū)移動并一直處于自旋向下子能帶帶隙中；而隨著Si濃度的升高半金屬帶隙迅速變窄，甚至在高摻雜濃度下自旋向下子能帶穿過費米面導(dǎo)致半金屬性喪失。而對于Co+Si共摻體系，大多的化合物都具有更寬的半金屬帶