[发明专利]基于d带中心理论的Heusler合金铁磁交换机制与马氏体相变

说明书

发明名称基于d带中心理论的Heusler合金铁磁交换机制与马氏体相变摘要为了研究Heusler合金Cu_2−xCo_xMn_1+yAl_1−y中Co和Mn原子的反铁磁耦合，我们的基本研究对象是只有一种磁性原子的Cu₂MnAl和在富Mn条件下保持铁磁性的Co₂MnAl。经过大量计算发现，由于Co原子高于Cu原子的d带中心，使Mn原子的反键态被推到费米能级以上，从而改变了Mn原子的d轨道电子排列，使原来的反铁磁Mn原子变成了铁磁性。基于这一理论，提出了一种通过对合金施加应力来调整晶格尺寸以改变Mn原子磁矩的方法，以达到与掺杂特殊原子相同的效果。此外，还推断母相铁磁性和马氏体相铁磁性与晶格尺寸变化引起的d带中心密切相关。

技术领域

本发明涉及一种解释Heusler合金铁磁交换机制和马氏体相变磁矩变化机理的理论方法。

背景技术

近年来，由于在传感器和驱动器方面潜在的应用前景，尤其是自2005年发现了外磁场驱动马氏体相变的性质后，Heusler型磁性形状记忆合金引起了材料界的广泛关注。实现这种磁驱动相变的必要条件是相变过程中出现更大的△M，即母相和马氏体相的磁化强度差别必须足够大。在低磁化强度的富Mn亚铁磁形状记忆合金中，获得大的△M的有效方法是添加Co。例如Ni₄₁Co₉Mn₃₉Sb₁₁磁性形状记忆合金，掺杂之前，其母相和马氏体相都是低磁化强度的亚铁磁相，掺Co之后得到了高磁化强度的铁磁性的母相，其马氏体相仍然保持低磁化强度的亚铁磁结构，从而实现了更大的△M。这种成分策略已经在NiMnGa，NiMnIn，MnNiGa，NiMnAl等许多材料体系中得到广泛应用。这一事实说明，Co具有独特的改变磁结构的作用。然而，关于Co原子如何发挥作用以及发挥了怎样的作用还不是很清楚。

发明内容

本发明目的在于解释了富Mn体系CuMnAl合金中Mn原子磁矩随马氏体相变的变化机理，以及掺杂在CuMnAl合金中Co原子对Mn原子磁矩的影响。其特征包括以下几个方面：

（1）Cu₂MnAl是L2₁结构，Cu占据B、D位,而Mn和Al分别占据C、A位（图1）；

（2）由于其中Mn原子是磁矩的唯一提供者，很方便我们研究掺杂其他元素对磁性的影响。富Mn环境合金中，Mn原子是替换处于A位的Al原子（图2）。 我们分别对Cu₂MnAl和Co₂MnAl掺杂Mn原子，且占据位置都为5。Mn5原子的磁矩在Cu₂MnAl和Co2MnAl中分别为-3.8μ_B和2.97μ_B；

（3）我们计算了Mn5原子在Cu₂Mn_1.25Al_0.75体系下，磁矩随着晶格常数的变化。Mn5原子的磁矩变化并不是随晶格增大线性增加或减少，而是在5.75Å附近（能量最小处）成阶梯状变化（见图3.a）。晶格大小的变化影响了晶体内低磁矩过渡金属Cu的d带带宽。晶格变大时，带宽变窄，在费米能级不变的情形下，d带中心上升（见图3.b），这种影响使Mn5原子的自旋向下的d态上升，自旋向下的d态下降，所以它的磁矩也发生了突变。

附图说明

附图1 Heusler合金结构模型；

附图2 Mn原子掺杂在各合金体系中的位置；

附图3 Mn5原子的磁矩与晶格常数大小的关系；

附图4 Cu₂Mn_1.25Al_0.75的部分原子的自旋极化态密度图；

附图5 Co₂Mn_1.25Al_0.75的部分原子的自旋极化态密度图；

附图6 a反映了被吸附原子s/p态的成键态与反成键态和吸附位原子d态的关系；