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Finemet合金的软磁性能十分优异,其磁性机理不同于传统的磁性材料,对Finemet合金磁性机理的探索在它问世之初就在不断进行。Finemet合金之所以具有优异的软磁性能与它的微观结构密不可分。研究表明,Finemet合金的软磁性能受纳米晶结构、晶粒尺度、α-Fe(Si)的成分等因素的影响。立方晶相的几何结构对磁性能有重要影响,所以研究bcc结构的α-Fe(Si)相的磁性及对Finemet合金磁性能的影响对于揭示Finemet合金磁性机理有重要的意义。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究Finemet合金中析出相α-Fe(Si)的晶体结构与磁性,探讨影响立方结构α-Fe(Si)相磁性能的各个因素。从电子自旋角度出发,分别计算分析了不同比例的Si置换α-Fe超晶格中不同位置的Fe原子后α-Fe(Si)体系的磁性能。计算结果表明,自旋态密度是影响磁性能的关键因素。发现Si置换α-Fe超晶格顶角处Fe原子得到的体系比取代体心位置Fe原子的体系磁性要好。由此可以得出结论,在一定的含量范围内,随着Si含量的增加,Si出现在α-Fe超晶格中顶角位置的几率增大,α-Fe(Si)相的软磁性能提高,与实验结果相符。本文的研究工作有助于理解Finemet合金的磁性机理。多年来人们一直试图通过合金化或者改变合金元素的成分配比来改变材料的软磁性能,以探讨磁性机理。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算Al以不同的取代位置而Si以不同的置换固溶于α-Fe相中以后,α-Fe(SiAl)相的结构与磁性,从而探讨Al部分替代Nb对Finemet合金软磁性的影响。计算结果显示,Al进入α-Fe(Si)晶体相后对磁性能的影响可以从两个方面来考虑:一是由于Al和Si的s、p轨道杂化作用,导致d轨道在费米面附近的上下自旋有所增加。所以总体上下自旋态密度也会随之增加,则α-Fe(SiAl)体系的磁矩会有所增加;二是Al进入α-Fe(Si)晶体相以后,由于原子间的尺度差异增大,导致晶格的畸变量也增大。这将使得晶粒的堆积密度增大而晶粒直径会减小,而晶粒直径减小,对体系的矫顽力下降是有利的。所以Al虽然是非磁性元素,但是用Al部分替代磁性元素Nb,不但不会导致磁性能下降,反而会使磁性能得到改善。Al部分替代Nb对Finemet合金软磁性的影响,主要是通过取代α-Fe(Si)相的Fe原子进入立方结构的纳米晶相,通过对bcc结构的纳米晶相的影响,从而对合金整体磁性能产生影响。