MnPd合金相变,弹性和热力学性质的第一性原理研究.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 61, No. 24 (2012) 246201 MnPd 合金相变, 弹性和热力学性质 的第一性原理研究* 张炜 陈文周 王俊斐 张小东 姜振益 1) ( 西安邮电大学理学院, 西安 710121 ) 2) ( 西北大学现代物理研究所, 西安 710069 ) ( 2012 年6 月8 日收到; 2012 年7 月6 日收到修改稿) 运用基于密度泛函理论第一性原理方法研究了MnPd 从立方顺磁到四方反铁磁的相变以及其弹性性质和热力 学性质等. 结果表明: MnPd 合金顺磁立方 结构在施加了四方应变后, 结构不稳定, 会发生结构相变形成四方顺 磁结构. 四方顺磁相弹性稳定, 然而在考虑了磁性后, 反铁磁四方相比四方顺磁相能量更低, 而且弹性和动力学都稳 定, 说明反铁磁四方相是MnPd 的低温结构. 从而得出MnPd 合金的相变路径为两步: 先发生结构相变从顺磁 立 方结构转变为顺磁四方相, 再由磁性诱发相变形成反铁磁四方结构. 通过准谐近似得到了摩尔比热容, 徳拜温度等 热力学性质. 关键词: 弹性, 热力学性质, 密度泛函理论 PACS: 62.20.D, 74.25.Bt, 71.15.Mb 解晶体结构稳定性时具有重要的作用 , 据我们 , MnPd 1 引言 所知 不管是实验还是理论都没有关于 材料 弹性常数的报道. 本文采用第一性原理的方法, 在 MnPd 是磁性合金材料− 的一种, 具有丰富 原子微观尺度上, 从弹性稳定性角度出发, 理论计 的物理特性和磁性形状记忆效应, 半金属性质, 巨 算了MnPd 各个相的弹性常数, 为实验验证提供了 磁阻, 磁致伸缩, 超顺磁, 马氏体相变, 蕴藏着多种 参考价值, 并因此而从微观尺度上揭示了其各个相 应用功能, 使其在新型材料开发中极具潜在的应 的相变机理, 为更好地提高它的应用价值提供了理 用价值, 是目前凝聚态物理和材料科学领域探索 论依据. 和开发新型功能材料的热点材料体系之一. 研究表 明−, 在温度高于920 ◦C 时, MnPd 的晶体结构 2 计算方法和模型 为立方顺磁 结构, 温度小于920 ◦C 时, 它会发 生结构相变从立方顺磁结构转变为四方顺磁结构, 本文计算采用了基于密度泛函理论平面波赝 当降温到780 ◦C 以下时, MnPd 晶体结构又会形成 势方法的VASP 软件包, 交换和关联函数采用 反铁磁四方结构. 尽管实验上对MnPd 合金材料作 的是Perdew, Burke 和Ernzerhof 提出的基于GGA − 了大量研究 , 但都过于宏观表象, 没有针对各 的函数 , 价电子和芯态电子的相互作用采用投 个相的相变机理进行研究. 弹性性质和材料的比热,