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Heusler合金X₂ZrZ（X=Cr,Mn,Fe;Z=P,As,Sb）半金属磁性的第一性原理研究

作　者: 刘耀辉
导　师: 向建勇；刘永
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 第一性原理 Heusler合金半金属磁性 WIEN2k 自选极化材料
分类号: TM271
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在下一代电子器件中，具有高自旋极化率的材料将扮演重要角色，而自旋极化率高达100%的半金属磁性材料则成为了良好的备选材料。Heusler合金结构的半金属材料一般有很高的居里温度，在实践中有着广泛的应用。因此，寻找可靠、稳定的Heusler合金结构的半金属材料成为了当前研究的热点。本文使用基于密度泛函理论和全势线性缀加平面波方法的WIEN2k软件包研究了Heusler合金X₂ZrZ（X=Cr,Mn,Fe;Z=P,As,Sb），分析了其能带结构，磁学性能、力学性能，预测了其具有半金属性质。结果表明，在Heusler合金X₂ZrZ（X=Cr,Mn,Fe;Z=P,As,Sb）中，Cu₂MnAl构型的材料要比Hg₂CuTi结构更加稳定。然后我们又计算了铁磁态、反铁磁态和非铁磁态的能量，比较后得出铁磁态更加稳定的结论。本文还计算了它们的磁矩，并从中挑出了符合半金属磁性的特点的整数磁矩的组分。并研究了材料相应的弹性常数，利用力学稳定性判据对材料的稳定性进行了考察。最终，研究表明Cu₂MnAl构型Cr₂ZrP、Cr₂ZrAs、Cr₂ZrSb、Mn₂ZrSb和Fe2ZrSb五种Heusler合金有高自旋极化率，符合力学稳定性判据，符合Slater-Pauling规则，是良好的半金属磁性材料，我们对其态密度、能带和电荷密度进行了计算，并分析了其半金属性质的带隙的起源。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 半金属磁性材料  10-13
  1.3 Heusler 合金  13-18
    1.3.1 Heusler 合金结构  13-14
    1.3.2 Heusler 合金的磁学性质  14-15
    1.3.3 Slater-Pauling 规则  15-17
    1.3.4 Heusler 合金研究现状  17-18
  1.4 课题研究的主要内容  18-20
第2章理论背景及计算方法  20-30
  2.1 密度泛函理论  20-27
    2.1.1 绝热近似和单电子近似  20-23
    2.1.2 Hohenberg-Kohn 定理和 Kohn-Sham 方程  23-26
    2.1.3 交换关联泛函  26-27
  2.2 全势线性缀加平面波方法  27-29
    2.2.1 线性缀加平面波方法  27-28
    2.2.2 缀加平面波及局域轨道方法  28-29
  2.3 计算使用软件介绍  29-30
第3章计算结果与讨论  30-56
  3.1 计算参数设置  30-33
  3.2 磁性状态  33-36
  3.3 弹性常数  36-39
  3.4 Half-metal 材料的 DOS、能带和电荷密度  39-56
    3.4.1 Cu_2MnAl 构型 Cr_2ZrP  39-43
    3.4.2 Cu_2MnAl 构型 Cr_2ZrAs  43-46
    3.4.3 Cu_2MnAl 构型 Cr_2ZrSb  46-49
    3.4.4 Cu_2MnAl 构型 Mn_2ZrSb  49-52
    3.4.5 Cu_2MnAl 构型 Fe2ZrSb  52-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  61-62
致谢  62-63
作者简介  63

Heusler合金X2ZrZ（X=Cr,Mn,Fe;Z=P,As,Sb）半金属磁性的第一性原理研究

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