Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl的磁性、半金属性以及热电性能的研究
富Mn型MnNiGa Heusler合金的磁性能及交换偏置效应
第16卷第4期2021年4月Vol.16No4Apr.2021中国科技论文CHINA SCIENCEPAPER富Mn型MnNiGa Heusler合金的磁性能及交换偏置效应李佳宁，曹开颜，田方华，周超，张垠，杨森（西安交通大学物质非平衡合成与调控教育部重点实验室，西安7100-19）摘要：为了理解和丰富交换偏置现象，对富Mn型Heusler合金的磁性能和交换偏置效应及随其成分的演变规律进行了研究。
利用电弧熔炼法制备Mn0N50rGa=C r=14,10,6,2）系列合金，通过直流热磁曲线测试分析各组分合金在降温过程中出现的磁性团簇；然后利用低温下磁滞回线测试计算并研究不同Mn成分下合金的交换偏置效应及其演变规律。
结果表明，这些团簇会在外场作用下逐渐冻结为铁磁团簇，其与反铁磁母相的相互钉扎进一步导致交换偏置的产生。
其交换偏置效应在M ns）NL l0G110合金组分处达到了最大值H e=4377.06Oe通过对不同（a（或者Ni）成分下交换偏置效应规律的研究和分析,该工作将为富Mn 相Heusler合金体系的磁性特点提供丰富的实验和理论支撑。
关键词：磁学;Heusler合金；交换偏置效应；磁性材料；自旋玻璃团簇中图分类号:O169文献标志码:A文章编号：2095-2783（2021）04-03-19-05开放科学（资源服务）标识码（OSID）：旨激鏗抿Magnetic properties and exchange bias effect of Mn-rich MnNiGa Heusler alloyLI Jianing,CAOKaiyan,TIAN Fanghua,ZHOU Chao,ZHANG Yin,YANG Sen（MOE Key Laboratory for NonEquilibrium Synthesis and Modulation ofCondensed Matter,Xi7an J iaotong University,Xi an710049,China）Abstract:In order to understand and enrich the phenomenon of exchange bias,the magnetic properties and exchange bias effect of Mn rich Heusler alloys were studied.And the Mn0N50-z Ga（x=14,10,6,2）series alloys were prepared by the arc melting method,and the magnetic clusters of various component alloys during the cooling process were analyzed by DC thermal magnetic curve Lest；The exchange bias effect and evolution laws with different Mn compositions were studied through the hysteresis loops.The results show that these clusters will gradually freeze into ferromagnetic clusters under the external field,and they will be pinned to the antiferromagnetic mother phase lo cause exchange bias.The exchange bias effect reaches the maximum value H e=4377.06Oe al the composition of Mn0N4）Ga0alloy.This work will provide rich experimental and theoretical support for the magnetic study of the Mn-rich Heusler alloy system.Keywords:magnetism；Heusler alloy；exchange bias effect；magnetic materials；spin glass clusters近年来，作为自旋电子学的重要物理原理之一,交换偏置效应的研究使得巨磁阻材料及相关自旋电子器件领域有了较大发展。
同构合金化对P型ZrCoSb基高熵half-Heusler合金热电性能的影响
同构合金化对P型ZrCoSb基高熵half-Heusler合金热电性能的影响褚晨悦;高一博;范文新;闫宇;张文;陈荣春;康慧君;王同敏【期刊名称】《铸造技术》【年(卷),期】2024(45)1【摘要】Half-Heusler(HH)合金由于其本身具有较为优异的力学性能和高温热稳定性,已成为目前最具有应用前景的中高温热电材料之一。
然而,其本身较高的本征晶格热导率阻碍了热电性能的进一步提升。
本文以P型Zr Co Sb0.85Sn0.15合金为研究对象,基于同构合金化具有优异P型热电性能的(Nb0.8Ta0.2)0.8Ti0.2Fe Sb,通过磁悬浮熔炼和放电等离子烧结设计并制备出一种(Zr Co Sb0.85Sn0.15)1-x[(Nb0.8Ta0.2)0.8Ti0.2Fe Sb]x(x=0,0.2,0.3,0.4,0.5)高熵HH合金。
微观组织分析表明,同构合金化这一策略引入了大量多尺度多衬度的第二相,这将有效增强对声子的散射。
其中,当同构合金化含量为0.3时,晶格热导率在923 K时从Zr CoSb0.85Sn0.15的4.72 W·m-1·K-1降至3.07 W·m-1·K-1,降低了35%。
然而,由于多位点合金化元素间存在较为复杂的掺杂效果,使其电导率和塞贝克系数同时降低,最终导致热电优值存在一定的降低。
本研究工作表明,高熵合金设计思想是一种降低HH热电合金晶格热导率的有力措施。
【总页数】6页(P67-72)【作者】褚晨悦;高一博;范文新;闫宇;张文;陈荣春;康慧君;王同敏【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院;大连理工大学宁波研究院【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.放热型金属合金化对钒基贮氢材料性能影响的理论研究2.合金元素对CoCrFeNi 基高熵合金相组成和力学性能影响的研究现状3.微合金化对铁基无磁中熵合金组织、力学和磁学性能的影响4.C合金化对AlCrFeCoNi_(2.1)共晶高熵合金微观组织和拉伸性能的影响5.Nb掺杂对ZrCoSb基Half-Heusler化合物热电性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Co2FeSi1-xBx的电子结构、磁性与半金属特性
１ 试 验பைடு நூலகம்与 理 论 方 法
样品 成 分 ： Ｃ ｏ ２ Ｆ ｅ Ｓ ｉ 一Ｂ （ ＝０ ， ０ ． ０ ５ ， ０ ． １ ０ ，
图１ 室 温 下ｃ 。 ： Ｆ ｅ Ｓ ｉ …Ｂ 多 晶 样 品 的Ｘ Ｒ Ｄ 谱
由 图 １可 看 出 ， Ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｓ ｉ的特 征 峰 有 （ ２ ２ ０ ） 、 （ ４ ０ ０ ） 、 （ ４ ２ ２ ） ３个 ， 为立 方 晶 系 。超 晶格 峰 （ １ １ １ ） 没 有 出现 ， 说 明铁 和 硅 之 间 的混 乱 占位 比较 高 。从 这 个 角 度来 说 ， Ｃ ｏ ： Ｆ ｅ Ｓ ｉ 并 不是 高 度 有 序 的 Ｌ ２ 结 构 。 当用少 量 的 硼替 代 硅 时 ， 硼 含 量 从 ０ ． ０ ５增 加 到
金属 材料 的 自旋 极 化 率 成 为关 键 。在 所 有 的 Ｈ ｅ ｕ ．
ｓ ｌ ｅ ｒ 半 金属合 金 中 ， Ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｓ ｉ 拥 有 很 大 的磁 矩 和 很 高
的居 里温 度 （ １ １ ０ ０ Ｋ） ” ， 这 就使 得其成 为获 得最 大 自旋 极化 率 的理想 材料之 一 。 通过 在 Ｈ ｅ ｕ ｓ ｌ ｅ ｒ 半金属合金 Ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｓ ｉ 中掺 人 少
）
（ ２ ２ ０ ）
ｊ
４ Ｓ ６ （ ｝
（ ４ ｏ ０ ）
７５
（ ４ ２ ２ ）
）
量硼 元素 ， 研究 Ｃ ｏ Ｆ ｅ Ｓ ｉ ． …Ｂ 合 金 的结构 、 磁 性及 半
金属性 ， 以改善 合金 的性 能 ， 提 高合金 的应用 性 。
２ ０ ／ （ 。）
２ 试 验 结 果 与 分 析
２ ． １ Ｂ掺 杂对 Ｃ ｏ ： Ｆ ｅ Ｓ ｉ 晶体 结构 的影响
半金属特性
半金属特性半金属铁磁体是荷兰Nijmegen 大学的de Groot 等人在1983 年首次发现的,他们在对半霍伊斯勒(Half-Heusler) 合金NiMnSb 和PtMnSb 进行能带计算时, 发现了一种新型的能带结构，这种能带结构具有两个不同的自旋子能带，其中一个自旋取向具有金属性，另一个自旋取向具有半导体性，因此在费米能级处的自旋极化率为100%。
de Groot 等人把具有这种能带结构的物质称为半金属(half-metallic)铁磁体。
半金属材料是一种具有特殊电子结构的固体材料，费米面附近传导电子的自旋方向都相同，极化率为100%。
微观上，半导体材料具有导体和绝缘体双重性质：其中一个自旋向上的子能带中费米能级上有传导电子，具有金属性；而另一个自旋向下的子能带中费米能级处于能隙之中，绝缘性。
半金属(half-metal- lic) 有着较高的居里温度和接近100%的高自旋极化率。
半金属材料有多种分类方法。
根据材料结构的不同, 半金属可分为尖晶石结构型半金属材料,如:Fe3O4 , CuV2S4 等; 钙钛矿结构型半金属材料,如: La2/ 3Sr1/ 3MnO3 , La0. 7Sr0. 3MnO3 等; 金红石结构型半金属材料, 如: CrO2 , CoS2 等; Half- Heusler和Heusler 结构半金属材料, 如: NiMnSb , PtMnSb和Mn2V Al 等其中Half-Heusler 和Full-Heusler 结构型半金属(NiMnSb, PtMnSb和Co2MnSi,Co2FeSi等) 结构型半金属具有高居里温度(一般都在室温以上) 和高磁矩并且在结构上能够与传统的半导体较好的相容等优点引起了人们的广泛关注. 其中,Co2FeSi的居里温度(1100 K) 和磁矩(6 µB) 是目前为止所报道的半金属材料中最高的.2002年,Galanakis等full-potentialscreenedKorringa-Kohn-Rostoker 方法对基于Co, Fe, Rh 和Ru 的full-Heusler 合金进行了研究,预测很多full-Heusler 化合物具有半金属特性, 并满足Slater-Pauling 规则,即M t=Z t-24, 其中M t 代表单个原胞的总自旋磁矩, 而Z t 代表价电子的总数.例如Co2MnGe，在每个原胞中的自旋向下带包含12个电子：其中四个分别占据Ge的s带（容纳一个电子）和p带（容纳3个电子），另外8个占据过渡金属杂化而成的8个d带。
Semi-Heusler合金NiCrP和NiVAs半金属铁磁性稳定特性的第一性原理研究
Ｓ ｍｉＨｅ ｓ ｒ ｅ — ｕｌ 合金 Ｎ Ｃ Ｐ Ｎ Ｖ 半金属 ｅ ｉ ｒ 和 ｉ Ａｓ 铁磁性 稳定特性 的第一 性原理研 究
仲 瑜
（ 南 师 范大 学 物理 与电子 工程 学 院 ， 南 海 口 ５ １５ ） 海 海 ７ ８ １
摘 要 ： 用基 于 密度 泛 函理 论 的全 势 能线 性 缀 加 平 面 波 方 法 对 ｓｍｉＨｅ ｓ ｒ 采 ｅ － ｕｌ 合金 Ｎｉ Ｐ ｅ Ｃｒ
和 ＮｉＡ 的 电子 结 构进 行 自旋 极 化计 算 ． ｅ — ｕｌ 合 金 Ｎｉ Ｐ和 ＮｉＡｓ 于平 衡 晶格 常数 Ｖ ｓ ＳｍｉＨｅｓｒ ｅ Ｃｒ Ｖ 处
时都 具 有 半金属 性 质 ， 它们 自旋 向下 子 能 带的 带 隙分 别是 ０５ Ｖ和 ０４ Ｖ， ． ｅ ９ ．６ｅ 舍金 分 子 的总磁 矩
Ａｂ ｔａ ｔ Ｕ ｉｇ ｈ ｌ ｐ ｔｎ ａ ｌ ｅ ｒｅ ｕｍ ｎｅ ｌｎ ａｅ ｒ — Ａ Ｗ） ｅｈｄｂ ｓｄｏ ｅ ｅｓ ｙ ｕ ｃｏ — ｓｒ ｃ ： ｓ ｅ ｕｌ ｏｅ ｔ ｌｉ ａｉ ｄａｇ ｅ ｔｄ ａｅ ｖ （ｅ Ｌ Ｐ ｍ ｔ ａｅ ｔ ｎｉ ｎ ｔ ｎ ｎｔ ｆ － ｉ ｎ ｚ ｐ ｗ ｏ ｎ ｈ ｄ ｔｆ ｉ
Ｆｉｓ — ｒ ｎ ｉ ｌ ｓＳ ｕ ｙ ｏ ｔ ｂ ｌ ｙ ｏ ｌ－ ｅ ａ ｌ ｒ ｏ ａ ｎ ｔ ｍ ｒ ｔ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｔ ｄ ｎ Ｓ ａ ｉ ｔ ｆＨａ ｆ ｍ ｔ ｌ ｃＦｅ ｒ ｍ ｇ ｅ ｉ ｉ ｉ ｓ
ｏ ｅ ｉ ｆＳ ｍ －Ｈｅ ｓｅ ｌ ｙ Ｃｒ ａ ｄ Ｎｉ ｕ ｌ ｒＡｌ ｓＮｉ Ｐ ｎ ＶＡｓ ｏ
第 ２ 卷第 １ ４ 期
２ １年３ ０ １ 月
海 南 师范大 学学 报 （ 自然 科 学版 ）
高性能Fe—Co合金有序纳米线阵列的制备与磁性研究
Ｗｈｔｅ 等人 用 电化学方 法在 高分子 模板 中沉 积镍 、 纳 米 线 阵列 ． 后 ， 批 科 学家 开 始 参 与这 方 面 ｉ ｙ ｎ 钻 其 大
的研究 工作 ¨ ． ｊ所研究 的纳 米线材 料也 日益 多样 化 ， 最初 的单质 铁 磁性 金 属 逐 渐转 向磁 性 金属 合 金 从 以及磁 性 和非 磁性 金属 的合金 重视 等． 众多磁 性纳 米线 材 料 中 ，ｅＣ 在 Ｆ ． ｏ合金 由于拥有 过 渡族 金 属 和合 金 中最 高 的饱 和磁化 强度 、 较高 的居里 温度 以及 良好 的抗 氧化 性和 温度稳 定性 ， 近年来 逐渐受 到研 究人员 的 ． 本文 中 ， 在 采用 两步 阳极 氧化方法 制备 了高 度有序 的 多孔 氧化 铝模 板 ， 通过 交流 电化学沉 积 的
将 扩孑 后 的模板用 去离子水清洗干净 后进行交 流 电沉积 ． Ｌ 电解液 的成
分包括硫 酸钴（ ．２ ｏ ｄ ｏＯ ７ ２ 、 ０ １５ｔ ｌ ｍ Ｃ Ｓ ４・ Ｈ Ｏ） 硫酸亚铁 （ ．９ ｏ ｄ ｅ Ｏ ７ Ｏ） 硼酸 （ ． ｏ ｄ ｏ ／ ０ ０５ ｍ ｌ ｍ Ｆ Ｓ ４・ Ｈ２ 、 ／ ０ ６ｍ ｌ ｍ ／
摘 要 ： 用 两 步 电 化 学 阳极 氧 化 方 法 制 备 了有 序 多孔 氧 化 铝 模 板 ， 过 交 流 电化 学 沉 积 方 法在 模 板 中合 成 了 采 通 线 间距 约 为 ６ ｎ 直 径 约 为 ２ ｎ 的 Ｆ Ｃ 合 金 纳 米 线 阵 列 ， 致 研 究 了阵 列 的 晶体 结构 与磁 性 能 ． 究表 明 ： ２ ｍ、 ５ｍ ｅ ｏ 细 研 沉 积 态 阵 列具 有 体 心 立 方 结 构 ． 气退 火处 理 对 阵列 的 晶体 结 构 没 有 影 响 ， 是 会 显 著 提 高 阵 列 的 磁 性 能． 火 氢 但 退 后 ，ｅ— ｏ合 金 纳 米 线 阵列 显 示 了较 高 的 永磁 性 能 ， 易磁 化 方 向 的矫 顽 力 、 形 度 以 及 单 根 纳 米 线 的 最 大 磁 Ｆ Ｃ 其 矩
半金属磁性材料
第24卷 第4期物 理 学 进 展Vol.24,No.4 2004年12月PRO GRESS IN PHYSICS Dec.,2004文章编号:1000Ο0542(2004)04Ο0381Ο17半金属磁性材料任尚坤1,2,张凤鸣1,都有为1(1.南京大学固体微结构国家实验室,南京210093;江苏省纳米技术重点实验室,南京210093;2.周口师范学院,河南周口466000)摘 要: 半金属材料的一个重要特征为具有高达100%的传导电子自旋极化率。
半金属磁性材料是一种具有极大的应用潜能的自旋电子学材料。
本文从半金属性的来源、材料的晶体结构、半金属的电子态和电磁特性等不同角度对半金属材料进行了系统分类。
对现已发现的几种半金属材料的基本性质和原子结构特征进行了综述。
分别对5种传导电子自旋极化率的测量方法进行了分析和讨论。
关键词:半金属;铁磁性;自旋极化率;自旋电子学中图分类号:TM27;O44;TQ58 文献标识码:A0 引言近年来,自旋电子学作为一门具有极大应用和商业潜能的新兴学科受到人们的普遍关注[1]。
自旋电子学利用电荷和自旋两种信息载体,结合当代微电子技术,将对新一代电子材料和电子产品产生重大影响。
早在80年代,荷兰Nijmegen大学的de Groot[2]等人对三元合金NiMnSb和PtMnSb等化合物进行计算时,发现了一种新型的能带结构,并称这类化合物为半金属(half-metallic)磁性体。
这类材料是一种新型的功能材料。
其新颖点在于具有两个不同的自旋子能带。
一种自旋取向的电子(设定为自旋向上的电子)的能带结构呈现金属性,即Fermi面处于导带中,具有金属的行为;而另一自旋取向的电子(设定为自旋向下的电子)呈现绝缘体性质或半导体性质,所以半金属材料是以两种自旋电子的行为不同(即金属性和非金属性)为特征的新型功能材料。
目前半导体自旋电子学技术上存在的一个关键性问题就是如何高效率地将极化电子注入半导体材料中。
Co2FeAl赫斯勒合金的磁性调控
Co2FeAl赫斯勒合金的磁性调控Co2FeAl赫斯勒合金的磁性调控引言：磁性材料广泛应用于信息存储、电动机、传感器等领域。
近年来，Co2FeAl赫斯勒合金由于其优异的磁性性能引起了研究人员的广泛关注。
该合金具有高的居里温度和良好的热稳定性，在室温下表现出优越的硬磁性能。
然而，Co2FeAl合金的磁性可调节性能一直是一个挑战。
本文将介绍目前对Co2FeAl合金磁性调控的研究进展，重点讨论磁场、化学合成以及微结构对Co2FeAl合金磁性的影响，并展望未来的发展方向。
一、磁场调控Co2FeAl合金磁性磁场是调节磁性材料性能的重要因素之一。
磁场可以通过改变合金内部的磁畴结构和磁畴尺寸来调节Co2FeAl合金的磁性。
研究发现，在较低磁场下施加，Co2FeAl合金表现出典型的反铁磁行为；而在较高磁场下施加时，合金出现铁磁行为。
这种磁场调控的磁性转换现象为Co2FeAl合金的应用提供了新的思路。
二、化学合成对Co2FeAl合金磁性的影响化学合成方法对Co2FeAl合金的磁性也有一定的影响。
研究人员通过调节合金化学成分、控制合金微观结构等来调控Co2FeAl合金的磁性。
例如，通过增加合金中的Fe含量可以提高合金的居里温度，增强合金的软磁性能；控制Al含量可以调节合金的晶格参数，改变合金的居里温度和磁畴尺寸。
因此，化学合成方法的优化可以使Co2FeAl合金的磁性得到有效调控。
三、微结构对Co2FeAl合金磁性的影响Co2FeAl合金的微结构对其磁性也有重要影响。
研究显示，合金的晶格常数、缺陷状态、晶粒尺寸等微结构特征与磁性之间存在紧密的关联。
研究人员通过改变合金的冷态退火温度、材料的氧化态、合金的晶粒尺寸等方式来调节微结构，从而实现对Co2FeAl合金磁性的精确调控。
展望：目前，磁性调控Co2FeAl合金的研究还处于发展的初级阶段，仍然存在许多挑战和困难。
未来的研究可以从以下几个方面展开：1. 探索新的磁场调控策略：目前的研究主要集中在外加磁场下的磁性调控，未来可以尝试其他磁场调控策略，如应力磁场调控、磁化学反应调控等。
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Heusler合金Co_(2-x)Fe_xVAl的磁性、半金属性以及热电性能
的研究
Heusler合金由于特殊的电子结构使其具有极大的开发价值和应用潜力。
一方面由于独特的半金属带结构,使之能很好的应用于自旋
电子器件中。
Co<sub>2</sub>VAl具有良好的半金属性质和高自旋极化率,而Fe<sub>2</sub>VA1没有磁矩,结合两种合金的特性,可以找
到具有高自旋极化和较低磁矩的新材料。
另一方面,合金在费米能级
处有较窄的赝隙,使得合金具有较大的Seebeck系数,为优化材料的
热电性能提供了可能,而Fe<sub>2</sub>VAl具有类似半导体的特性。
本文研究的是Heusler合金Co<sub>2-x</sub>Fe<sub>x</sub>VAl
（x=0,0.5,1,1.5,2）,从理论计算和实验上探究随着掺杂元素Fe含
量的增加,合金的晶体结构,饱和磁矩,电输运特性以及热电性能。
主
要内容如下:1.采用第一性原理计算,对Heusler合金
Co<sub>2-x</sub>Fe<sub>x</sub>VAl在完全有序和部分无序情况下的晶体结构、磁性、半金属性和相对形成能与掺杂元素Fe的浓度的
关系进行研究发现,完全有序的磁性随着Fe含量的增加而减小,基本
满足S-P规则,并且自旋极化率也较高,Fe<sub>2</sub>VAl具有半导体的特性,其磁矩为零;而部分无序的半金属性丧失,也偏离了S-P规则。
2.采用真空电弧熔炼的方法,制备
Co<sub>2-x</sub>Fe<sub>x</sub>VAl系列合金,并对合金进行不同
条件的热处理,然后对其结构、磁性能以及输运性能进行讨论分析。
通过实验,发现900℃退火48h冰水冷却的热处理工艺条件下,合金
Co<sub>2-x</sub>Fe<sub>x</sub>VAl更有利于有序相的产生,此时,合金的磁性和电阻的变化规律均符合计算完全有序时的结果。
3.对热处理过的合金粉末进行放电等离子烧结,对其热电性能参数进行测试,包括Seebeck系数、电阻率、热导率和ZT值。
在测试温度区间
内,Fe<sub>2</sub>VAl合金Seebeck系数在室温区附近是最大的。
由于晶体点阵的畸变、其他的缺陷或多晶体细小晶粒等不确定因素的影响,导致Fe<sub>2</sub>VAl合金的ZT值相对来说是最小
的,Fe<sub>1.5</sub>Co<sub>0.5</sub>VAl可能是由于B32a无序结构亦或是其他因素的影响（有待深入研究）,其ZT相对来说是最大的,所以通过调控取代或掺杂元素的含量,以及工艺的调整来改善合金的结构从而达到优化合金热电性能的目的。