新型全Heusler合金Cu2WAl的第一性原理研究

嚴(yán)理國，劉惠發(fā)，王雨軒，溫玉鋒,2，伍冬蘭

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新型全Heusler合金Cu2WAl的第一性原理研究

嚴(yán)理國1，劉惠發(fā)1，王雨軒1，*溫玉鋒1,2，伍冬蘭1

(1. 井岡山大學(xué)數(shù)理學(xué)院，江西，吉安 343009；2. 上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海，200240)

采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究了新型全Heusler合金Cu2WAl的結(jié)構(gòu)和彈性性能。結(jié)果表明：在無磁與鐵磁性兩種狀態(tài)下，該全Heusler合金Cu2MnAl型結(jié)構(gòu)的能量低于其Hg2CuTi型結(jié)構(gòu)，其中Cu2MnAl型結(jié)構(gòu)在鐵磁態(tài)下的能量低于其無磁態(tài)；鐵磁態(tài)下Cu2MnAl型Cu2WAl全Heusler合金的彈性常數(shù)不滿足Born彈性穩(wěn)定性準(zhǔn)則，從而不能以穩(wěn)態(tài)形式存在。

Cu2WAl；結(jié)構(gòu)性能；彈性常數(shù)；第一性原理計(jì)算

0 引言

全Heusler合金最早是由德國工程師Fritz Heusler在研究摻雜Al、In、Sn、Sb和Bi等無磁元素的Cu-Mn基合金的鐵磁性時(shí)發(fā)現(xiàn)并以其姓氏命名的一種高度有序的金屬間化合物[1]。該類合金的一般化學(xué)表達(dá)式為X2YZ，其中X和Y元素是過渡族金屬元素，而Z元素則為主族元素，其晶體結(jié)構(gòu)是由4個(gè)面心立方亞晶格沿著體對(duì)角線四分之一相互穿插而形成的，4個(gè)亞晶格的Wyckoff坐標(biāo)為A (0, 0, 0)、B (0.25, 0.25, 0.25)、C (0.5, 0.5, 0.5)和D (0.75, 0.75, 0.75)。根據(jù)全Heusler合金中原子的占位情況[2]，其晶體結(jié)構(gòu)存在Cu2MnAl型和Hg2CuTi型兩種不同的類型，其中前者是空間群為FM-3M的L21結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中X原子占據(jù)A和C兩個(gè)亞點(diǎn)陣位置，Y原子占據(jù)B亞點(diǎn)陣位置，Z原子占據(jù)D亞點(diǎn)陣位置；后者是空間群為F-43d的XA結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中X原子占據(jù)A和B兩個(gè)亞點(diǎn)陣位置，Y原子占據(jù)C亞點(diǎn)陣位置，Z原子占據(jù)D 亞點(diǎn)陣位置。

全Heusler合金不僅擁有無數(shù)的成員，而且這類材料中蘊(yùn)藏著半導(dǎo)體、半金屬鐵磁體、超導(dǎo)體、拓?fù)浣^緣體和形狀記憶合金等多種應(yīng)用功能[2-4]，目前已成為凝聚態(tài)物理和材料物理科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。……