Heusler型半金屬材料的制備與物性研究.pdf

1、　　Heusler合金中擁有著豐富多彩的物理特性,并且展現(xiàn)出了龐大的應(yīng)用前景,一直是國際上物理學(xué)界乃至材料學(xué)界研究的熱點之一。Heusler型半金屬材料的研究經(jīng)久不衰,尤其是近兩年的半Heusler型拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn),吸引著越來越多的研究者投身其中。在如此背景下,本論文工作主要探索新的Heusler型半金屬材料,研究它們的特性；通過第一性原理計算,模擬對拓撲絕緣體LaPtBi能帶進行調(diào)節(jié)。
　　對具有DO3結(jié)構(gòu)的Cr3Z (Z=

2、Si,Ge,Sb)系列合金進行了研究,它們在各自的平衡晶格常數(shù)下均為半金屬材料,并且磁矩與S-P法則保持了較好的一致性。在每種合金中,Cr(B)原子的磁矩最大且與 Cr(A) 和 Cr(C) 原子的磁矩呈反鐵磁排列,是半金屬性亞鐵磁體。
　　運用第一性原理研究了V2YAl(Y=V,Cr, Mn, Fe, Co,Ni) 系列合金,其中除V3Al(DO3結(jié)構(gòu))外均形成Hg2CuTi結(jié)構(gòu)；在基態(tài)下得到了三種半金屬材料, V2FeAl

3、和 V2MnAl半金屬帶隙出現(xiàn)的位置和磁矩與傳統(tǒng)的半金屬不同,為“反常半金屬”； V2CoAl是傳統(tǒng)的半金屬材料。將V2CrAl合金的晶格進行壓縮可以誘導(dǎo)其成為反常半金屬。
　　通過對反常半金屬的磁性做具體的分析,發(fā)現(xiàn)這些半金屬中半金屬帶隙位于t1u 和 t2g電子態(tài)之間,而不是出現(xiàn)在S-P法則所預(yù)言的在電子態(tài)eu 和 t1u之間。
　　對半Heusler合金LaPtBi進行了能帶計算,發(fā)現(xiàn)在Γ點處二重簡并的Γ6能帶位于

4、四重的Γ8能帶下方,表現(xiàn)出了明顯的反帶結(jié)構(gòu)；由于其晶格立方對稱性的保護,兩對Γ8能帶并沒有在費米能級處打開形成能隙。
　　模擬了等體積單軸(拉、壓)應(yīng)力對LaPtBi合金能帶的影響。發(fā)現(xiàn)等體積單軸應(yīng)力可以使得受保護的Γ8能帶打開,其誘導(dǎo)打開體能隙(?E)的大小隨著應(yīng)力的增大而呈現(xiàn)近似線性增大,并且壓應(yīng)力對于使得Γ8帶隙打開的效率較同樣大小的拉應(yīng)力更高。當(dāng)施加5%-8%的單軸壓應(yīng)力時,可以得到了預(yù)期的真正意義上的拓撲絕緣體。

5、r>　　基于實際生長材料的考慮,研究了于松弛體積下對LaPtBi合金施以單軸應(yīng)力的情況,發(fā)現(xiàn)與之前的處理相比,松弛體積下的單軸應(yīng)變系統(tǒng)具有更低的能量；并且此種處理也可以實現(xiàn)對LaPtBi合金的能帶進行有規(guī)律調(diào)節(jié)。
　　討論了化學(xué)摻雜的對半Heusler合金LaPtBi能帶的影響?；趯x取的兩個有代表性的摻雜體系能帶的計算,發(fā)現(xiàn)化學(xué)摻雜可以誘導(dǎo)LaPtBi的體能隙打開；還驗證了LaPtBi合金費米能級附近Γ點的能帶主要由PtBi