论文部分内容阅读
本文选取Heusler合金中的Fe2CrZ合金以及尖晶石氧化物中的CoCr2O4为研究对象，通过不同制备手段，元素替代和理论计算等方式系统研究了其中的原子占位规律与磁性之间的紧密联系。 在Heusler合金中，经验的价电子数机制被用来推测不同体系中原子的占位情况即价电子数较多的元素倾向于占据与主族元素最近邻的晶位。根据这一规律，有些合金体系，如Fe2CrGa和Fe2CrAl等，应该具有L21型结构并因此被预言为半金属材料。然而根据此结构计算的分子磁矩与实验得到的数值相差甚远。为了找到这种矛盾的根源，我们使用球磨的方式对Fe2CrGa和Fe2CrAl合金进行了处理。结果显示，这种方法制备的材料饱和磁化强度和居里温度比熔炼制备的材料提高了50％～60％。基于KKR-CPA-LDA方法的第一性原理计算显示，在Fe2CrGa中，球磨和熔炼后的样品分别在Hg2CuTi结构基础上通过Fe-Ga或Cr-Ga原子的层间混乱形成了两种不同的占位和磁结构。这两种占位方式违反了经验规则的预测，也是导致理论与实验磁性不一致的根源。通过对比非磁和磁性状态下体系各种结构所对应的能量，我们发现磁性交换作用是造成这种反占位现象的本质原因。 而对于Fe2CrAl合金，虽然球磨也能够使其显示出较熔炼样品更高的磁性。但理论计算显示，能量稳定态下的Cr原子并没有反占位倾向。进一步分析指出，该体系中理论与实验磁性的不一致主要是由样品中本征的富Cr团簇引起的。而其基体相则以类L21结构稳定存在。这两个体系中，Al元素的共价作用比Ga元素强。由此可见，在Heusler合金中，磁性交换作用对结构的影响是否能凸显出来，主要取决于其与共价作用之间竞争的结果。这一结论丰富和完善了经验占位规则，加深了我们对于合金体系磁性与结构关系的理解，同时也为Heusler合金中的材料设计提供了新思路。 同时，我们还在CoCr2O4尖晶石中使用Fe和Mn元素替代Cr元素以研究氧化物体系中原子占位与磁性间的关系。结果显示，在不同的掺杂浓度下，Fe和Mn元素会选择占据不同的晶体学位置。这种占位的变化导致了体系同时出现温度和成分依赖的磁补偿现象。通过分析母相的磁结构以及掺杂原子的占位，我们认为补偿现象主要是母相中的两套磁次晶格在掺杂影响下相互竞争的结果。在该体系中，磁性与占位之间的紧密联系使我们可以通过磁性变化推测出掺杂原子的准确占位。这为研究该类材料中的微观结构提供了一种简便而有效的途径。另外，在掺杂过程中我们还观察到了增强的磁致伸缩效应和母相所不具有的交换偏置等现象。这些物性与体系中的磁补偿现象存在紧密联系，呈现出多样的变化趋势，进一步拓宽了该类材料的研究空间 最后，我们还对于Co铁氧体材料中的低场磁滞迴线收缩现象进行了系统研究。发现了两个对该现象具有完全不同影响的原子迁移过程。一个是在初始退火阶段阳离子与其空位之间形成方向有序的过程，另一个是长时间退火后第二相的析出过程。前者可以增强体系的单轴各向异性从而显示出迴线的收缩现象，而后者则会破坏方向有序和单轴各向异性。