高壓下無隙半導(dǎo)體反Heusler合金Mn2CoAl的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著自旋電子學(xué)的發(fā)展，半金屬材料由于其獨特的性質(zhì)吸引了研究者的極大關(guān)注。在半金屬材料的能帶結(jié)構(gòu)中，自旋向上的子能帶（majority-spin band）穿過了費米面，表現(xiàn)出典型的金屬性；而費米面卻處于自旋向下子能帶（minority-spin band）的帶隙中，顯示出半導(dǎo)體性。因此，這種特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得半金屬材料的電子在費米面附近的自旋極化率是100％。正因為這種特殊的性質(zhì)，半金屬材料有望被用于自旋相關(guān)設(shè)備，如隧道結(jié)、自旋閥和磁傳

2、感器中。
　　科學(xué)家利用第一性原理的計算方法對half-Heusler合金NiMnSb進行研究，發(fā)現(xiàn)其具有半金屬性。在這之后，人們發(fā)現(xiàn)越來越多的Heusler合金具有半金屬性并將它們歸為半金屬鐵磁材料。具有高自旋極化率、高居里溫度的一些Heusler合金近年來被廣泛研究。在對反Heusler合金Mn2CoAl和一些四元Heusler合金CoFeCrAl等進行研究時發(fā)現(xiàn)，它們具有無隙半導(dǎo)體性，也就是說，在少數(shù)自旋載流子的子能帶中存在

3、直接帶隙，而在多數(shù)自旋載流子的子能帶中存在間接零帶隙，這種特殊的能帶結(jié)構(gòu)使得無隙半導(dǎo)體材料的載流子完全極化，電子和空穴在費米面附近自旋極化率均達到100%。無隙半導(dǎo)體Mn2CoAl具有720K的高居里溫度，2μB的小磁矩，因此在有望被用在自旋相關(guān)器件中。本文采用第一性原理方法、準(zhǔn)諧德拜模型并結(jié)合 Gibbs軟件研究高壓下無隙半導(dǎo)體反Heusler合金Mn2CoAl的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、電子性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)。主要包括以下工作：
　　

4、1.計算了Mn2CoAl的E-V曲線，并進行了三階Birch-Murnaghan方程擬合，得到平衡晶格常數(shù)a0，體彈模量B0和體彈模量對壓強的一階導(dǎo)數(shù)B'0，把這些結(jié)果與其他理論、實驗結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，我們的計算結(jié)果與其他結(jié)果符合很好。
　　2.研究不同壓強下Mn2CoAl的電子性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓強增大到25GPa時，Mn2CoAl的無隙半導(dǎo)體行為遭到破壞，自旋極化率降低；虛頻的出現(xiàn)表明在壓強大于25GPa時，Mn2CoAl將不再具有

5、動力學(xué)穩(wěn)定性。因此，在實驗過程中，必須控制壓強在25GPa以內(nèi)。
　　3.驗證了在不同的壓強下Mn2CoAl的彈性常數(shù)均滿足力學(xué)穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，利用VRH近似方法研究了Mn2CoAl的體彈模量B、楊氏模量E、剪切模量G等。發(fā)現(xiàn)隨著壓強的增加，體彈模量B和剪切模量G均呈現(xiàn)增大的趨勢，表明在高壓條件下壓縮Mn2CoAl比較困難；B/G隨壓強的增加而增大，材料的柔韌性增強。
　　4.利用計算得到的E-V數(shù)值，采用準(zhǔn)諧德拜模型，