高壓下無隙半導體反Heusler合金Mn2CoAl的結構性質、電子性質、力學性質和熱力學性質的研究.pdf

1、隨著自旋電子學的發(fā)展，半金屬材料由于其獨特的性質吸引了研究者的極大關注。在半金屬材料的能帶結構中，自旋向上的子能帶（majority-spin band）穿過了費米面，表現(xiàn)出典型的金屬性；而費米面卻處于自旋向下子能帶（minority-spin band）的帶隙中，顯示出半導體性。因此，這種特殊的能帶結構使得半金屬材料的電子在費米面附近的自旋極化率是100％。正因為這種特殊的性質，半金屬材料有望被用于自旋相關設備，如隧道結、自旋閥和磁傳

2、感器中。
　　科學家利用第一性原理的計算方法對half-Heusler合金NiMnSb進行研究，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合金近年來被廣泛研究。在對反Heusler合金Mn2CoAl和一些四元Heusler合金CoFeCrAl等進行研究時發(fā)現(xiàn)，它們具有無隙半導體性，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，這種特殊的能帶結構使得無隙半導體材料的載流子完全極化，電子和空穴在費米面附近自旋極化率均達到100%。無隙半導體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器件中。本文采用第一性原理方法、準諧德拜模型并結合 Gibbs軟件研究高壓下無隙半導體反Heusler合金Mn2CoAl的結構性質、電子性質、力學性質和熱力學性質。主要包括以下工作：
　　

4、1.計算了Mn2CoAl的E-V曲線，并進行了三階Birch-Murnaghan方程擬合，得到平衡晶格常數(shù)a0，體彈模量B0和體彈模量對壓強的一階導數(shù)B'0，把這些結果與其他理論、實驗結果進行對比發(fā)現(xiàn)，我們的計算結果與其他結果符合很好。
　　2.研究不同壓強下Mn2CoAl的電子性質，發(fā)現(xiàn)當壓強增大到25GPa時，Mn2CoAl的無隙半導體行為遭到破壞，自旋極化率降低；虛頻的出現(xiàn)表明在壓強大于25GPa時，Mn2CoAl將不再具有

5、動力學穩(wěn)定性。因此，在實驗過程中，必須控制壓強在25GPa以內。
　　3.驗證了在不同的壓強下Mn2CoAl的彈性常數(shù)均滿足力學穩(wěn)定性。在此基礎上，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)隨著壓強的增加，體彈模量B和剪切模量G均呈現(xiàn)增大的趨勢，表明在高壓條件下壓縮Mn2CoAl比較困難；B/G隨壓強的增加而增大，材料的柔韌性增強。
　　4.利用計算得到的E-V數(shù)值，采用準諧德拜模型，