赫斯勒合金性能、生長與應用

Claudia+Felser

自1903年，Claudia Felser首次發現Cu2MnSn以來，Heusler合金的發展已經走過了100多年的歷史。它是一種極具應用價值的形狀記憶材料和磁致冷材料。此外，它還是一種可能的磁性半金屬，在自旋電子學領域有潛在應用價值。然而，目前Heusler合金的實際應用面臨著3個挑戰，一是單一均勻相的形成，二是避免界面和表面處的原子無序，三是材料要具有強烈的磁各向異性。為解決這些問題，科學家們從理論和實驗兩個方面對Heusler合金進行了細致深入的研究，獲得了很多進展。目前來看，很有必要對已有的理論和實驗結果進行總結，以便深入理解其結構與性能之間的關系。

本書分7部分，共20章，涵蓋了Heusler合金的基礎理論、材料制備、器件應用等多方面的內容。第1部分 Heusler合金的基本理論，包括第1-2章，由Heusler合金研究的開拓者Galanakis和Felser教授執筆。以最著名的NiMnSb為例，介紹Heusler合金的組成、結構、分類和性能。解釋了其半金屬性的物理來源主要是d電子的貢獻。第2部分 Heusler合金的基本性能，包括第3-8章。分別討論了應用自旋分辨光電子能譜研究Co2MnSi體塊和Co2MnSi/MgO界面處的電子結構；Heusler合金的晶體結構；納米尺度的Heusler合金的物理性質；MgAgAs型Heusler合金中化學鍵的變化；立方、四方和六角晶格的Mn-基Heusler合金薄膜的磁電性質；偏離化學計量比的Ni50-xCoxMn25+ySn25-y系統中的磁性相競爭等物理問題。第3部分 Heusler合金的應用，包括第9-11章，分為自旋電子學、熱電器件和能量收集三個方向，其中熱電器件研究在目前的科學界尤為火熱。第4部分 二維的Heusler合金薄膜的生長與性能，第12章，主要介紹如何制備高自旋極化的合金薄膜。第5部分 Heusler合金薄膜的磁性，包括第13-15章。以Co2Mn0.6Fe0.4Si中的磁電子學為例，應用穆斯堡爾譜和X射線磁圓二色譜分析合金薄膜性質。第6部分 半金屬Heusler合金的器件應用，包括第16-19章。主要包括巨磁電阻（GMR）效應，自旋力矩振蕩器，各向異性磁致電阻效應，磁場隧道結，交換偏置作用等。第7部分 Heusler合金的新性能，第20章。一些Heusler合金家族成員是可能的拓撲絕緣體材料，如ScPtBi。它們的結構與閃鋅礦類似，可能包含有趣且豐富的物理行為。

本書由從事Heusler合金前沿研究的30多位歐美科學家共同完成，內容詳實，參考文獻精煉。作為一個有著100多年發展歷史的學科，相關的研究文獻可以說是浩如煙海，本書的出現無疑可以極大地提高了解這一科學研究領域的效率，因此特別適合低年級的研究生作為Heusler合金研究入門的參考書目。

梁飛，博士研究生

中國科學院理化技術研究所