結(jié)構(gòu)缺陷、摻雜對反Heusler合金Ti2NiAl電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)的影響.pdf

1、半金屬鐵磁體具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，其中自旋向上子能帶穿過了費米面，呈現(xiàn)金屬性;而自旋向下子能帶不跨過費米面，費米面剛好處于帶隙中呈非金屬性，從而導(dǎo)致其費米面處的自旋極化率為100％，顯示出半金屬性。我們把具有這類特性的材料稱之為半金屬材料。這類材料可以廣泛的用于隧道結(jié)、自旋閥、磁隨機存儲器等自旋依賴設(shè)備中。
　　隨著Heusler合金的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)一種新型的Hg2CuTi結(jié)構(gòu)的反Heusler合金具有半金屬性。然而，在實際的制

2、備過程中面臨巨大的困難，實驗證明表面、界面、原子缺陷、結(jié)構(gòu)無序及費米面與導(dǎo)帶或價帶邊緣之間較窄的帶隙等都容易影響這些合金的自旋極化率，從而造成其半金屬性的喪失。人們在研究Ti2CoAl的表面效應(yīng)和原子缺陷時，發(fā)現(xiàn)它的五種可能的(001)端面以及可能的原子缺陷結(jié)構(gòu)的半金屬性喪失，但是摻雜適當(dāng)濃度的Nb原子可以使半金屬性更加穩(wěn)定。
　　近年來，不管是理論上還是實驗上對反Heusler合金的缺陷效應(yīng)和摻雜效應(yīng)的研究都是相對較少的。研究發(fā)

3、現(xiàn)在Ti基的反Heusler合金中，Ti2NiAl具有穩(wěn)定的半金屬性并能夠抵抗溫度升高等帶來的干擾。因此，本文首先介紹研究背景，接著闡述了研究的理論基礎(chǔ)和計算方法。最后，基于密度泛函理論，我們研究了原子無序?qū)i2NiA1合金的半金屬性和磁性的影響，同時也探究了適當(dāng)濃度的摻雜來進一步穩(wěn)定Ti2NiAl合金的半金屬性。
　　我們的研究結(jié)果如下:
　　1.在研究反Heusler合金Ti2NiAl的原子無序效應(yīng)時，我們的計算表明T

4、iNi/Al和AlNi占位缺陷以及Ni-Al/Ti(B)和Al-Ti(A)交換缺陷具有正的形成能，這些無序發(fā)生的可能性很小，即使發(fā)生這類無序也可以通過退火方式使其回到有序結(jié)構(gòu)。然而，Ni/AlTi(A)、Ni/AlTi(B)和NiAl占位缺陷以及Ni-Ti(A)和Al-Ti(B)交換缺陷具有負的形成能，它們在實驗室制備Ti2NiAl的過程中可能形成，其中NiTi(A)占位缺陷最可能形成。此外，我們可以發(fā)現(xiàn)Ni原子更傾向于形成孤立的占位缺

5、陷，而Al原子則傾向于形成交換缺陷。Ni/AlTi(B)占位缺陷和Ni-Ti(A)、Al-Ti(B)交換缺陷的自旋極化率都出現(xiàn)了嚴重的降低，而Ni/AlTi(A)和NiAl占位缺陷的變化并不大，只有NiAl占位缺陷保持著100％的自旋極化率。
　　2.我們研究了單摻和共摻對反Heusler合金Ti2NiAl的影響。對于單摻Si原子的情況，隨著摻雜濃度的增加，雖然帶隙逐漸加寬，但是費米能級逐漸向低能區(qū)移動，最終導(dǎo)致體系的半金屬性喪失