孙凯晨 刘爽 高瑞瑞 时翔宇 刘何燕 罗鸿志

(河北工业大学材料科学与工程学院, 天津 300130)

通过第一性原理计算研究了Zn掺杂对典型磁性形状记忆合金Ni2FeGa的电子结构、马氏体相变和磁性的影响.在Ni2FeGa1–xZnx (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1)中, 取代Ga的Zn原子更倾向于占据Heusler合金晶格的D位.计算表明Ni2FeGa1–xZnx合金马氏体和奥氏体相之间的能量差ΔEM随着Zn掺杂量的增加而不断增大,这有助于增加Ni2FeGa1–xZnx马氏体相的稳定性并提高马氏体相变温度TM, 这一规律与材料态密度中的Jahn-Teller效应密切相关.与此同时, Zn的掺杂没有改变这些合金的磁结构, Ni2FeGa1–xZnx合金中Ni, Fe原子磁矩始终为铁磁性耦合.形成能Ef的计算表明, Zn掺杂会导致Ef略有增大, 但在整个研究的范围内形成能Ef始终保持为负值.另外, Zn掺杂对Ni2FeGa的Heusler L21相有稳定作用, 有助于抑制面心结构L12相的产生.

1 引 言

近年来, 磁性形状记忆合金(magnetic shape memory alloys, MSMAs)因独特的物性和在智能器件[1]、磁制冷[2,3]等不同技术领域的应用而受到了广泛关注.MSMAs中存在马氏体结构相变与材料铁磁性的耦合, 因此可以通过外磁场驱动马氏体变体的重排或直接诱导/控制相变的发生.直到现在, 设计开发新的MSMAs并进一步提高其性能仍然是相关理论与实验领域的研究热点之一.

Heusler合金是磁性形状记忆合金中非常重要的一个门类, 目前在其中已经发现了多种有价值的材料体系[4−8].但目前仍有一些不利因素限制了Heusler型磁性形状记忆合金的大规模应用, 其中很重要的一个因素就是这些材料的马氏体相变温度TM往往相对较低.例……