高壓下無(wú)隙半導(dǎo)體反Heusler合金Mn2CoAl的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著自旋電子學(xué)的發(fā)展，半金屬材料由于其獨(dú)特的性質(zhì)吸引了研究者的極大關(guān)注。在半金屬材料的能帶結(jié)構(gòu)中，自旋向上的子能帶（majority-spin band）穿過了費(fèi)米面，表現(xiàn)出典型的金屬性；而費(fèi)米面卻處于自旋向下子能帶（minority-spin band）的帶隙中，顯示出半導(dǎo)體性。因此，這種特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得半金屬材料的電子在費(fèi)米面附近的自旋極化率是100％。正因?yàn)檫@種特殊的性質(zhì)，半金屬材料有望被用于自旋相關(guān)設(shè)備，如隧道結(jié)、自旋閥和磁傳

2、感器中。
　　科學(xué)家利用第一性原理的計(jì)算方法對(duì)half-Heusler合金NiMnSb進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其具有半金屬性。在這之后，人們發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的Heusler合金具有半金屬性并將它們歸為半金屬鐵磁材料。具有高自旋極化率、高居里溫度的一些Heusler合金近年來(lái)被廣泛研究。在對(duì)反Heusler合金Mn2CoAl和一些四元Heusler合金CoFeCrAl等進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，它們具有無(wú)隙半導(dǎo)體性，也就是說，在少數(shù)自旋載流子的子能帶中存在

3、直接帶隙，而在多數(shù)自旋載流子的子能帶中存在間接零帶隙，這種特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得無(wú)隙半導(dǎo)體材料的載流子完全極化，電子和空穴在費(fèi)米面附近自旋極化率均達(dá)到100%。無(wú)隙半導(dǎo)體Mn2CoAl具有720K的高居里溫度，2μB的小磁矩，因此在有望被用在自旋相關(guān)器件中。本文采用第一性原理方法、準(zhǔn)諧德拜模型并結(jié)合 Gibbs軟件研究高壓下無(wú)隙半導(dǎo)體反Heusler合金Mn2CoAl的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)。主要包括以下工作：
　　

4、1.計(jì)算了Mn2CoAl的E-V曲線，并進(jìn)行了三階Birch-Murnaghan方程擬合，得到平衡晶格常數(shù)a0，體彈模量B0和體彈模量對(duì)壓強(qiáng)的一階導(dǎo)數(shù)B'0，把這些結(jié)果與其他理論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，我們的計(jì)算結(jié)果與其他結(jié)果符合很好。
　　2.研究不同壓強(qiáng)下Mn2CoAl的電子性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓強(qiáng)增大到25GPa時(shí)，Mn2CoAl的無(wú)隙半導(dǎo)體行為遭到破壞，自旋極化率降低；虛頻的出現(xiàn)表明在壓強(qiáng)大于25GPa時(shí)，Mn2CoAl將不再具有

5、動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，必須控制壓強(qiáng)在25GPa以內(nèi)。
　　3.驗(yàn)證了在不同的壓強(qiáng)下Mn2CoAl的彈性常數(shù)均滿足力學(xué)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，利用VRH近似方法研究了Mn2CoAl的體彈模量B、楊氏模量E、剪切模量G等。發(fā)現(xiàn)隨著壓強(qiáng)的增加，體彈模量B和剪切模量G均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，表明在高壓條件下壓縮Mn2CoAl比較困難；B/G隨壓強(qiáng)的增加而增大，材料的柔韌性增強(qiáng)。
　　4.利用計(jì)算得到的E-V數(shù)值，采用準(zhǔn)諧德拜模型，