新型Heusler合金Fe2CrSi半金属材料的研究

半金属材料是磁电子学器件的关键材料。Heusler合金由于其特有的化学组成和高有序结构，成为获得半金属材料的重要候选材料体系。以往半金属Heusler材料的研究局限在Co基系列合金，研究对象种类单一，自旋极化率对结构缺陷过于敏感。前期的理论和实验预期，Fe基Heusler合金Fe2CrSi有可能是一种新的半金属材料，与Co基材料相比具有能隙带宽和半金属性抗干扰能力强的优点。本项目将把该材料作为研究对象，将测量自旋极化率的Andreev反射和隧道结磁电阻两种方法相结合，研究成分、晶格畸变、原子占位、温度和晶体取向对自旋极化率的影响规律，将Heusler合金Fe2CrSi开发成磁电子学的新核心材料，为器件工艺提供可靠的理论依据。

本项目通过第一性原理计算和实验测量方法，开发出抗环境干扰强的Fe基半金属Heusler合金，并对其磁性和电输运性质进行了深入研究。我们首先从第一性原理出发，通过元素替代调节费米面位置为切入点，预测并合成出抗干扰能力强的四元Fe2Co0.5Cr0.5Si半金属，深入研究了磁输运和高自旋极化的关联效应，并制备出隧道结器件。项目执行期间，获得了自旋零能隙的半金属Fe2CoSi、四元自旋零能隙半导体以及磁补偿型半金属新材料。本项目共发表SCI收录文章15篇，Nature Communications 1篇，Scientific Reports 1篇，Applied Physics Letters 4篇，Physical Review B 2篇。在国际会议上作特邀报告2次，国内学术年会特邀报告4次，申请专利1个。协助培养研究生1人获中科院院长特别奖，3人获得物理所所长表彰奖。