稀土元素以及C N对铁钴基合金软磁材料微观结构和磁性能的影响 -(7)

Density of States(electrons/eV)Density of States(electrons/eV)43210-1-2-3-4-10-50Energy(eV) s(spin up) s(spin down) p(spin up) p(spin down) d(spin up) d(spin down)2.01.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5-2.0-10-50Energy(eV) s(spin up) s(spin down) p(spin up) p(spin down) d(spin up) d(spin down)510510

(a)FeCo (b)BCC Fe

图5.22. (a)FeCo和(b)BCC Fe各层电子的分波态密度图

由图可以看出，FeCo中s、p层电子对自旋向上的电子态密度贡献很小，全部都在0～±1范围内，d层电子的贡献很大，形成了不同的峰值，且由于晶体场的作用发生能级劈裂，分布在不同的能量区域内；而在对自旋向下的态密度中，p、d层都起到了很重要的作用。和BCC Fe相比，由于FeCo中自旋向下电子比增大，整体的态密度图向低能量区运动。

Density of States(electrons/eV)210-1-2-3-4-10-50Energy(eV) P(s) P(p) P(d)510

图5.23. FeCo各层电子自旋极化态密度图

从图中可以看出在某些能级处，例如-2.5～-1eV处，s、p层电子对自旋极化的作用甚至是相反的，而只有d层电子一直主导着总的自旋极化作用。而且与Fe3Co的自旋极化曲线相比，尽管FeCo中p层电子在自旋向下的影响较大，但在最后对自旋极化率的影响依旧很小。

3.6 DO3结构FeCo3有序合金的自旋极化特性 3.6.1 FeCo3的计算方法和参数设置

FeCo3（DO3结构）属于FM-3M（序号225）空间群，晶格常数为a=b=c=5.71?，α=β=γ=90?，单晶胞原子位置（0,0,0）（0.25,0.25,0.25）（0.5,0.5,0.5）（0.75,0.75,0.75）。同样对其结构进行优化，各项参数设置基本和前面相同。

图5.24 .FeCo3（DO3结构）的立方晶系晶胞

3.6.2 FeCo3的计算结果和分析

（1）先对体系进行几何结构优化，优化后晶格常数变为a=b=c=5.66?，α=β=γ=90?。 优化后体系磁矩和能量为：

2*Integrated Spin Density = 8.00889 μB 2*Integrated |Spin Density| = 8.61412 μB Final energy, E = -3999.389478221 eV Final free energy (E-TS) = -3999.422655349 eV

由于其总自旋（未成对电子数）和|自旋转|是有限的而且二者数值比较接近，所以判断FeCo3为铁磁性的。

原胞内各个位置原子的磁矩如下表所示：

表3.FeCo3原胞内各个位置原子的磁矩

Fe/

?B CoI/

?B CoII/

?B total/

?B

磁矩/M 2.62 1.71 1.70 7.74

Co3Fe中计算出的磁矩是7.74μB，其中Co-A（或C）钴位、Co-B钴位和Fe位分别为1.71μB、1.70μB和2.62μB。Co3Fe中Fe-D位有比Fe3Co中Fe位有更大的磁矩是由于就像

在FeCo中其最邻近的8个Co原子导致比在Fe3Co中填充后多数自旋的d层有更大的态密度。

（2）接下来分析其能带和电子自旋态密度

302520151050-5-10WLG spin up 302520Energy(eV)Energy(eV)151050-5-10XWKWLGX spin down WK

(a) (b)

图5.25.FeCo3(a)自旋向上的电子的能带结构图 (b)自旋向下的电子的能带结构图 图5.25.(a)是FeCo3的自旋向上的电子的能带结构图，(b)是其自旋向下的电子的能带结 图。从图中可以看出，两图中均出现能带穿过费米面的现象，可以判断FeCo3具有较强的金属性。

Density of States(electrons/eV)86420-2-4-6-10-50Energy(eV) spin up spin down510

图5.26.FeCo3自旋向上和向下的态密度图

从图中可以看出，在费米面下，FeCo3自旋向上的电子有5个峰值，类似于Fe的态密度图，但自旋向下的电子则有两个峰值和一个半峰值，不同于Fe和Fe3Co的态密度图，原因可能是因为其由Fe和Co自旋向下的电子数目不同且一个原胞中Fe、Co的个数也不同造成的。

Density of States(electrons/eV)14121086420-2-4-6-10 total ???-50Energy(eV)510

图5.27. FeCo3自旋极化和总的态密度图

图27中红线为Fe3Co中电子自旋向上减去自旋向下的态密度，黑线为总的（即自旋向上加上自旋向下）态密度，故由公式化率为P=80.1%。

Density of States(electrons/eV)P?NN???N?N??可直接算出FeCo在费米面处的自旋极

Density of States(electrons/eV)86420-2-4-6-10-50Energy(eV) s(spin up) s(spin down) p(spin up) p(spin down) d(spin up) d(spin down)51076543210-1-2-3-4-5-6-10 s(spin up) s(spin down) p(spin up) p(spin down) d(spin up) d(spin down)-50Energy(eV)510

(a)FeCo3 (b)Fe3Co

图5.28 .(a)FeCo3和(b)Fe3Co各层电子的分波态密度图

由图可以看出，FeCo3中s、p层电子对自旋向上的电子态密度贡献很小，全部都在0～±1范围内，d层电子的贡献很大，形成了不同的峰值，且由于晶体场的作用发生能级劈裂，分布在不同的能量区域内。

和Fe3Co相比，由于s，p层电子对自旋分辨的影响作用很小，两者的差别主要在d层电子的态密度上。由于晶体组成和结构不同，两者的d层电子态密度由于晶体场作用造成的能级劈裂程度不同，Fe3Co更小一点。

Density of States(electrons/eV)Density of States(electrons/eV)420-2-4-6-10-50Energy(eV) P(s) P(p) P(d)420-2-4-6-10-50Energy(eV) P(s) P(p) P(d)510510

(a)FeCo3 (b)Fe3Co 图5.29. (a)FeCo3和(b)Fe3Co各层电子自旋极化态密度图

从图中可以看出在某些能级处，例如-2.5～-1eV处，s、p层电子对自旋极化的作用甚至是相反的，而总的自旋极化的趋势一直和d层电子的一致。由于原子比和每个原子中自旋电子比的差异，和Fe3Co相比，FeCo3的自旋极化态密度图向低能级移动，且在部分态密度峰值上有少许差异。

3.7 结论

表3.4 GGA方法计算出的有序合金的能量E

化合物 Fe Co Fe3Co FeCo FeCo3 E(eV) -866.12 -1044.41 -3643.15 -1910.59 -3999.3

可以看出， FeCo3的能量最低，最稳定，计算出BCC结构的Fe和Co的晶格常数分别为a=2.886?和2.844?; 磁矩分别为μ=2.33μB和1.86μB; 费米面处的自旋极化率分别为P=26.3%和71.6%。理论计算结果与文献报道值基本一致，进而计算了Fe3Co（DO3结构），FeCo（B2结构），及FeCo3（DO3结构）有序合金的自旋极化电子结构。计算结果表明，Fe3Co、FeCo及FeCo3的晶格常数分别为a=5.594?、2.806?和5.537?; 磁矩分别为μ=9.31μB、4.47μB和8.01μB; 费米面处的自旋极化率分别为P=9.5%、78.1%和80.1%。随着合金中Co含量的增加，由于Co原子中d层电子自旋向下的电子多一个，而使合金总的自旋向下的态密度逐渐增加；Fe的磁矩先增后减，Co的磁矩基本不变；自旋极化率随着Co含量的增加而增大。

第四章 稀土元素对FeCo合金微观组织及磁性

能的影响

4.1稀土元素对FeCo合金微结构的影响

饱和磁感应强度最大化和矫顽力最小化是软磁材料工作者的最大追求。为了提高这样一些 …… 此处隐藏：2125字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……