论文部分内容阅读
锰基Fe2P型巨磁卡材料在室温磁致冷和磁热发电等领域具有很好的应用前景。作为该系列化合物的代表之一,(FeMn)2P1-xGex化合物具有良好的磁热性能和稳定性。目前,对该系列化合物宏观性能的表征比较完善,但对化合物在相变过程中的晶格振动模式和电子结构的演化行为,以及相变机理仍未得到充分的研究。本文采用第一性原理计算方法研究了不同Ge占位、不同磁性状态下FeMnP0.83Ge0.17化合物的力学性质、声子谱和热力学性质、电子结构以及X射线吸收近边结构,试图阐明磁性相变过程中化合物的微观电子结构晶格振动模式的演化规律。研究发现,铁磁态(FM)下Ge原子具有明显的2c优先占位倾向,而顺磁态(PM)时Ge原子无明显的占位偏好,且化合物的晶胞参数几乎与Ge原子占位无关。声子模式计算表明,铁磁-顺磁相变过程中的声子模式演化行为强烈地依赖于Ge原子占位,Ge占1b晶位时声子模式出现强化以及振动熵变ΔSvib的负值,Ge占2c晶位时声子模式软化导致振动熵变ΔSvib为较大正值,并与磁熵变同一数量级。电子结构分析表明,磁性相变过程中声子模式演化的物理根源是费米面附近状态数变化而引起的绝热电子-声子相互作用的增强或减弱。热力学性质的计算表明,FeMnP0.83Ge0.17化合物的居里温度对Ge的占位非常敏感,Ge占1b晶位时Tc为250K,Ge占2c晶位时为490K。对比不同磁性状态下的X射线近边结构吸收谱(XANES),发现过渡金属Fe、Mn的K边吸收谱不随着磁性状态和原子占位而显著改变,而非金属原子P和Ge的K边吸收谱随着磁性状态的产生明显的变化。随着磁性状态的改变P和Ge的第一个吸收峰的位置和峰高变化不大,但其他吸收峰变化显著,说明磁性状态的变化过程中非磁性离子的价态变化明显。本文所得到的结果有助于理解FeMnPGe系列化合物微结构与宏观性质的关联特性。