李歌天, 张强强, 柳祝红

(北京科技大学 物理系， 北京 100083)

1 引 言

自1903年德国物理学家Heusler发现Heusler合金以来，其多样化的结构与丰富的物理特性使其已经成为凝聚态物理领域的热门材料之一[1].传统的Heusler合金化学式为X2YZ，为立方L21结构，空间群为Fm3m.其中X和Y元素主要为过渡族元素，Z一般为主族元素.人们采用Wyckoff坐标来描述Heusler合金中的原子占位，即沿着对角线分别为A (0 0 0)、B (1/4 1/4 1/4)、 C (1/2 1/2 1/2)和 D (3/4 3/4 3/4)[2].在人们研究了大量的Heusler合金之后，发现原子占位方式与X、Y元素的价电子数有着密切联系：当X的价电子数大于Y的价电子数时，X占据A和C位，Y占据B位，主族元素占据D位，这就是传统的L21型Heusler合金中的原子占位；若Y的价电子数大于X的价电子数，则X占据A和B位，Y和Z分别占据C位和D位，此时形成的Heusler结构被称为反Heusler，也被称为XA型Heusler合金，空间群位F-43m.这就是Heusler合金中著名的优先占位规则[3].两种Heusler合金的原子占位如图(1)所示.

在所有的Heusler合金中，Mn-Ni基Heusler合金因为具备丰富的物理特性和多样化的应用前景，一直以来都备受瞩目.1983年NiMnSb中的半金属特性被报道[4].1984年Ni2MnGa合金被报道存在热弹性马氏体相变[5].随后， NiMnAl中的马氏体相变[6]、Ni2MnGa中的磁致应变等逐渐被报道[7].对Mn-Ni基Heusler的研究从未中断.近十年来，Mn-Ni-Ga[8-11]、Mn-Ni-Al[12-16]、Mn-Ni-Sn[17-20]和Mn-Ni-In[21]等被人们争相报道.除了实验制备以外，人们通过第一性原理计算对Mn2NiX(X = Al，Ga，In，Sn，Sb)的马氏体相变与磁结构及其占位的相关性进行了详尽的研究[22-24].

人们发现将第三种过渡族金属元素少量掺杂到Heusler合金中，可形成四元Heusler合金.第三种过渡族金属元素的掺入可以很大程度的影响合金中……