具有低磁矩的CuHg2Ti型高自旋极化材料研究

CuHg2Ti结构是我们近年提出的一种新的金属间化合物原子高有序排列方式。前期工作表明在具有此种结构的材料中开发低磁矩、高居里温度的高自旋极化率材料具有独特优势。本申请以前期工作中发现的Cr基材料为重点研究对象，深入研究这种材料的成分和结构特性、磁性和磁结构、高自旋极化特性、反占位缺陷的种类与影响、基本的电子输运性质、热力学性质等一系列基本物理性质。同时，对材料的制备和处理工艺进行优化，将该材料开发成为一种具有潜在实用价值的新型磁性功能材料。在此基础上，利用第一性原理计算方法，在CuHg2Ti结构中继续搜索具有低磁矩、高自旋极化性能的新材料，并在实验上进行合成开发。

在国家自然科学基金的资助下，本项目从2010-2012研究期内，按照计划书的既定内容和研究目标，项目各方面工作顺利开展，开发出一系列新型半金属性、多功能性材料，并对相关物性和功能性进行了深入研究，取得了较为丰富的研究成果。我们的研究工作主要在四个方面：1）Cr基材料的深入开发与研究。在这方面研究了Cr2-Co基材料的合成和各种基本物性。并由此深入到Cr2-Cr基二元新材料，预计出一批新的二元半金属亚铁磁性材料，并指出从成分的角度而言，能够减少材料中的反占位缺陷，从而提高材料的自旋极化率。2）V基新材料的发现与物性研究。通过第一性原理计算，预计出一些列新的V基高自旋极化新材料。深入讨论了材料的电子结构和磁结构与电子浓度的关系，拓展了Slater-Pauling规则并对半金属能隙起因进行了深入讨论。另外也细致研究了V2-Re基半金属中自旋轨道耦合对材料半金属性的影响。发现Re原子中的自旋轨道耦合能够微量增加半金属性能隙，有利于半金属性的稳定。3）CoMnGa材料的电子结构、磁性、制备与物性研究。我们的研究结果表明在立方对称性不变的情况下，随着晶格的变化材料会出现一个亚稳态。从亚稳态到稳定态材料的磁结构有巨大转变。材料在稳定态为半金属亚铁磁体。4）Ti2基合金的合成、电子结构和物性研究。在这方面我们预计了一系列新的半金属材料。并对其进行了合成。在理论上提出了低价态过渡族Heusler合金中半金属能隙主要受到sp电子的 而不是传统说的d电子起决定作用。在基金资助下，三年期内，我们已发表论文6篇，另有两篇在审稿中，申请发明专利2项，培养研究生四名。