Heusler合金M2CoA(M=Mn,Ti A=Al,Si)的第一性原理

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1、2016年3月北京航空航天大学学报March2016第42卷第3期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．3http：／／bhxb．buaa．edu．CBjbuaa@buaa．edu．C1"1DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0201Heusler合金M2CoA(M=Mn，Ti；A=AI，Si)的第一性原理林道斌1，萨百晟2，周健3一，司晨3，孙志梅3(1．厦门大学材料学院，厦门361005；2．福州大学材料科学与工程学院，福州3501003．北京航空航天大学材料科学与工

2、程学院，北京100083)摘要：采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法，研究了M：CoA型Heusler合金Mn2CoAl、Mn2CoSi、Ti2CoAl和Ti2CoSi的电子结构和磁学性质。发现Heusler合金Mn：CoAl是亚铁磁性自旋无带隙半导体，Mn：CoSi与Ti：CoAl是亚铁磁性自旋半金属，而Ti，CoSi是铁磁性自旋半金属。它们的总自旋磁矩均为整数，符合Slater．Pauling规则。然后，在分析电子能带结构和态密度的基础上，探讨了自旋无带隙半导体与半金属性的根源。最后，声子谱和弹性常数计算结果表明所有M：CoA型Heusler合金在晶格动力学和力学上均是

3、稳定的。关键词：Heusler合金；第一性原理；自旋无带隙半导体；半金属；Slater．Pauling规则中图分类号：V252．2；0469文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)03-0602-08Heusler合金是一类包含超过1500个成员的独特金属间化合物材料，它的化学通式为XYZ(通常称为半Heusler)或者X：YZ(全Heusler)，其中X、Y是过渡金属元素，z为主族元素¨。。很多Heusler合金的性质可以通过简单地计算价电子数来预测旧1，例如，价电子数约为27的非磁性Heusler合金是超导体旧。。自从1903年Heusler等¨1发现Heusler合金

4、开始，一个多世纪来Heusler合金仍然受到研究者的广泛关注。近年来，Heusler化合物在半金属铁磁体H一“、补偿铁磁性材料随1、形状记忆合金‘9‘¨1、超导体¨2川、热电材料‘14删和拓扑绝缘体m。71等领域中均表现出了优异的性能。此外，单一Heusler合金可以实现2种甚至多种功能的复合，比如磁光¨⋯、磁致热¨刘和磁构∽1材料。具有独特电子结构的自旋半金属磁电Heusler合金的导带电子的自旋极化率接近100％，是一类非常适合应用于自旋电子学¨引中的新材料⋯。这类自旋半金属材料中，一种自旋方向的电子结构呈现半导体特性，而另一种相反自旋方向的电子结构则会表现出金属性。1983年，He

5、usler合金MnNiS口⋯、Co，MnSn和Co：MnAl旧u先后被研究人员发现具有自旋半金属性。在随后的理论研究中，一些Co基心2

6、、Mn基㈨、Cr基㈨、V基‘251和Fe基‘261Heusler合金也被预测出具有自旋半金属性。基于这些理论研究，研究者们开展了大量的实验研究，并将Heusler合金应用于自旋电子器件中。例如，Co：FeAI可以应用到磁隧道结中旧¨，Co：MnGe则被应用到电流垂直平面巨磁阻自旋阀中的铁磁层材料中嵋“。收稿日期：2015-04-08；录用日期：2015-05-29；网络出版时间：2015-06-0515：48网络出版地址：WWW．cnki．net／kcm

7、s／detail／11．2625．V．20150605．1548．001．html基金项目：国家自然科学基金(51225205，61274005)；中央高校基本科研业务费专项资金(YwF．14一RSC．100)}通讯作者：Tel．：010—82339256E·mail：jzhou@buaa．edu．cn引用格式：林道斌，萨百层，周健，等．Heusler合金鸩coA(肘=Mn，Ti；A=A1，Si)的第一性原理口J．北京航空航天大学学报，201642(3)：602—609．LINDB，sABS，ZHOUJ，eta1．First—principlesinvestigationofHeusle

8、ralloys坞CoA(M=Mn，Ti；A=AISi)fJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(3)：602．609(inChinese)．第3期林道斌，等：Heusler合金M：CoA(g=Mn，Ti；A=Al，Si)的第一性原理603在这些Heusler合金中，Mn，CoAl最初被Xing心州和Liu心3’等预测为半金属，但是在2013年