空位掺杂对Heusler合金磁性和电子结构的调控

利用空位掺杂调控Heusler合金的磁性与电子结构，通过向半Heusler合金的晶体学空位中引入其它过渡族或主族元素实现对其能带结构的调控与设计，合成新的磁性功能材料。前期工作已经发现了一类新的半金属材料CoFexCrAl，其磁性与能带结构随Fe进入空位变化明显；通过向空位中引入主族元素如Al和Ga，合成了一系列富主族元素Heusler合金XYZ2,初步研究表明，它也具有L21型高有序结构，与常规X2YZ型Heusler合金相同，但含有高达50%的主族元素，因此其磁性和电子结构与前者有很大差异，目前在其中已经发现了CoMnAl2等一系列高自旋极化率材料；此外我们还合成了新的铁基磁性形状记忆合金Fe1.2MnGa。采用这种方法，本项目将对空位掺杂后材料的成相与晶体结构，能带结构、基本磁性等一系列物性进行深入研究，找出电子结构随空位掺杂的变化机制，为实验提供理论指导，开发新的磁性功能材料。

本项目主要是研究掺杂、尤其是空位掺杂对Heusler合金磁性与电子结构的影响。2010年-2012年，在国家自然科学基金资助下，围绕研究课题，我们主要进行了三方面的工作：1. 空位掺杂对Heusler合金半金属性和稀磁半导体特性的影响；2. 利用低价原子掺杂制备高居里温度Fe基Heusler合金半金属；3. 主族元素掺杂对Heusler合金马氏体相变与磁结构的影响。研究发现，通过向CoTiSb空位中引入磁性元素如Fe，可以调节其能带结构，激发铁磁性，这将为合成制备新的半金属/磁性半导体材料提供一种新的可能途径。研究进一步表明，即使是非磁性的Cu等过渡族原子进入半Heusler合金的晶格后，也会起到调节材料能带的作用，这与Cu的d电子结构有关，在此基础上，我们预测了一系列新的半金属材料。利用Cr、V等低价过渡族原子取代Fe2CoSi中的Fe或Co，可以有效调节材料的能带结构，实现半金属性，并且材料的居里温度远高于室温，利与工程应用。最后，我们研究了不同原子半径与价电子数的主族元素掺杂对NiMn合金相变与磁结构的影响，成功合成了一个新的磁性形状记忆合金体系。在基金资助下，三年共发表SCI索引论文9篇，另有两篇在审稿中，申请发明专利一项，培养研究生4人。