Co2FeSi1-xBx的电子结构、磁性与半金属特性.pdf

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1、第22卷增刊矿冶Vo1．22，Suppl2013年11月MINING＆METALLURGYNovember2Ol3文章编号：1005—7854(2013)S0-0112-04Co2FeSi。一B的电子结构、磁性与半金属特性李尧(北京北冶功能材料有限公司，北京100192)摘要：通过将硼元索掺入CoFeSi合金中，系统研究了硼掺杂对晶体结构、磁性以及半金属性的影响。结果表明，硼少量掺杂(掺杂鼍不超过5％)时，硼原子代替硅原子，品格常数和晶体结构保持相刘稳定，同时还可提高样晶的磁性能，有利于优化样品磁性和半金属性。关键词：半金属；Heus1er合金；会属材料中图分类号：TB39文献

2、标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-7854．2013．z1．027半金属材料是一个自旋取向的子能带具有金属性，而另一个自旋取向的子能带具有绝缘性或半导体性的材料，其费米面处只有一个自旋取向，因此其自旋极化率为100％，适合制作自旋电子功能器件。然而，实际情况并非这样，其值大概在30％～50％。如何高效率地将自旋注入到半导体材料中，提高半金属材料的自旋极化率成为关键。在所有的Heu．sler半金属合金中，CoFeSi拥有很大的磁矩和很高的居里温度(1100K)”，这就使得其成为获得最大自旋极化率的理想材料之一。(220)通过在Heusler半金属合金CoF

3、eSi中掺人少)j(4o0)(422)量硼元素，研究CoFeSi．⋯B合金的结构、磁性及半4S6(}75)金属性，以改善合金的性能，提高合金的应用性。20／(。)1试验与理论方法图1室温下c。：FeSi⋯B多晶样品的XRD谱样品成分：Co2FeSi一B(=0，0．05，0．10，由图1可看出，CoFeSi的特征峰有(220)、0．15，0．20，0．25)，各元素的纯度都为99．99％。(400)、(422)3个，为立方晶系。超晶格峰(111)没样品制备：电弧炉熔炼。有出现，说明铁和硅之间的混乱占位比较高。从这采用x射线衍射(XRD)对样品结构和成分进个角度来说，Co：FeSi

4、并不是高度有序的L2结构。行表征或测定，利用振动样品磁强计(VSM)测量样当用少量的硼替代硅时，硼含量从0．05增加到品宏观磁性，利用直流四探针法测量不同温度下的0．10时，衍射峰与不掺杂硼的一样，说明掺杂少量电阻。的硼并不改变合金的晶体结构。继续增加硼含量到0．15、0．20、0．25时，样品中出现了大量的杂峰，2试验结果与分析说明样品不再是立方结构。2．1B掺杂对Co：FeSi晶体结构的影响根据图1，由布拉格公式可以计算出：0时，图1为室温下CoFeSi⋯B多晶样品的x射线Co，FeSi时的平均品格常数为a=b=c=0．56379衍射谱。nm；=0．05时，平均品格常数为0

5、．56371nii1；当=0．10时，平均晶格常数为0．56372nm；当=作者简介：李尧，硕士，工程师，从事金属材料研究工作。0．15时，平均晶格常数为0．56064nm。当继续李尧：Co：FeSi⋯B的电子结构、磁性与半金属特性增大，从图1可以看出开始出现杂项，且杂项随着的增大逐渐增多，晶胞参数线性地减小，(220)峰的强度逐渐减弱，说明硼的掺杂量越多，材料的晶体结构越差。2．2硼掺杂对Co：FeSi磁性的影响图2为室温下CoFeSi与CoFeSiB㈣的磁滞回线。由图2可看出，常温下CoFeSi、CoFeSiB的矫顽力均很小，且磁滞比较窄，基本无损耗。图37．96kA／m磁

6、场下M-T曲线图2室温下Co2FeSi与Co2FeSi0B0的磁滞回线．95．05CoFeSi。B。的矫顽力、饱和磁化强度明显．。比Co：FeSi的大，这是因为，在微量掺杂硼的情况下，硼原子取代硅原子的位置，使得磁性能得到了提高，但是并没有改变软磁体这一本质特性。图4常温下，CoFeSi的M随温度的变化曲线，如图3所示，在7．96kA／m磁场下，M随温度插图为相应样品的M-H曲线的增加而增加，这和Schneide等在Co，FeSi薄膜和磁化强度随温度变化曲线。磁化强度随着温度的中看到的现象是不一样的。Schneide在Co，FeSi薄增加一直增加，开始时呈线性增加，大约在130

7、K时膜中观察到，随着温度的升高，M是线性减小的。这种趋势稍微减弱，但是还是在增加。室温时，饱和而块体材料Co：FeSi。⋯B(=0，0．05，0．10)对温度磁化强度为4．9emu／g，与插图中的数据吻合。整的依赖性则由图3描述：常温下随着硼掺杂的增多，个温度变化范围内，饱和磁化强度没有出现突变，没M值增大，这意味着样品的磁化强度得到了提高，有相变存在。说明少掺杂可以优化样品的磁性能。图6(含内插曲线图)是Co：FeSi。B。．．的磁化图4(含内插曲线图)中的一系列分立点构成强度的温度依赖曲