Zn摻雜對Heusler型磁性形狀記憶合金Ni2FeGa1–xZnx (x = 0—1)電子結(jié)構(gòu)、磁性與馬氏體相變影響的第一性原理研究*

孫凱晨 劉爽 高瑞瑞 時翔宇 劉何燕 羅鴻志

(河北工業(yè)大學材料科學與工程學院, 天津 300130)

通過第一性原理計算研究了Zn摻雜對典型磁性形狀記憶合金Ni2FeGa的電子結(jié)構(gòu)、馬氏體相變和磁性的影響.在Ni2FeGa1–xZnx (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)中, 取代Ga的Zn原子更傾向于占據(jù)Heusler合金晶格的D位.計算表明Ni2FeGa1–xZnx合金馬氏體和奧氏體相之間的能量差ΔEM隨著Zn摻雜量的增加而不斷增大,這有助于增加Ni2FeGa1–xZnx馬氏體相的穩(wěn)定性并提高馬氏體相變溫度TM, 這一規(guī)律與材料態(tài)密度中的Jahn-Teller效應(yīng)密切相關(guān).與此同時, Zn的摻雜沒有改變這些合金的磁結(jié)構(gòu), Ni2FeGa1–xZnx合金中Ni, Fe原子磁矩始終為鐵磁性耦合.形成能Ef的計算表明, Zn摻雜會導(dǎo)致Ef略有增大, 但在整個研究的范圍內(nèi)形成能Ef始終保持為負值.另外, Zn摻雜對Ni2FeGa的Heusler L21相有穩(wěn)定作用, 有助于抑制面心結(jié)構(gòu)L12相的產(chǎn)生.

1 引 言

近年來, 磁性形狀記憶合金(magnetic shape memory alloys, MSMAs)因獨特的物性和在智能器件[1]、磁制冷[2,3]等不同技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用而受到了廣泛關(guān)注.MSMAs中存在馬氏體結(jié)構(gòu)相變與材料鐵磁性的耦合, 因此可以通過外磁場驅(qū)動馬氏體變體的重排或直接誘導(dǎo)/控制相變的發(fā)生.直到現(xiàn)在, 設(shè)計開發(fā)新的MSMAs并進一步提高其性能仍然是相關(guān)理論與實驗領(lǐng)域的研究熱點之一.

Heusler合金是磁性形狀記憶合金中非常重要的一個門類, 目前在其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種有價值的材料體系[4?8].但目前仍有一些不利因素限制了Heusler型磁性形狀記憶合金的大規(guī)模應(yīng)用, 其中很重要的一個因素就是這些材料的馬氏體相變溫度TM往往相對較低.例……