Fe-N系化合物的相稳定性、磁性和电子结构的第一性原理研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jorby289702834
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过渡金属氮化物具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性等特点,容易形成半导体材料,是材料科学、物理学等研究领域的热点之一,尤其是氮化铁材料具有较高的磁记录密度,因此备受人们的亲睐。我们采用第一性原理计算方法研究了FeN五种不同结构的相稳定性、相转变、磁性能和电子结构,发现其中ZnS-FeN结构在平衡晶格处是最稳定的相。ZnS-FeN分别在压强为19.70、20.63、53.55和123.77 GPa时过渡到NiAs-FeN,Wurtzite-FeN,NaCl-FeN和CsCl-FeN相。ZnS-FeN,CsCl-FeN和Wurtzite-FeN相的Fe原子磁矩为零,而NaCl-FeN和Ni As-FeN相Fe原子有非零磁矩,分别为(MFe=2.27μB和MFe=1.61μB)。通过讨论磁体变化发现五种结构的磁矩均随体积的增加而增加。此外,我们也讨论了四种不同组分Fe-N系化合物的力学、磁学性质和电子结构。通过计算弹性常数发现,ZnS-FeN和γ’-Fe4N相的体弹性模量呈明显的各向异性,ζ-Fe2N结构在一定方向上表现为各向异性,ε-Fe3N具有较强的各向同性特征。ZnS-FeN,ζ-Fe2N,ε-Fe3N和γ’-Fe4N相的体弹模量(B)与剪切模量(G)的比值分别为3.52、2.70、2.31和3.58,均大于1.75,即ZnS-FeN,ζ-Fe2N,ε-Fe3N和γ’-Fe4N均为韧性材料。磁性分析发现在平衡体积处ZnS-FeN是非磁相;ζ-Fe2N,ε-Fe3N和γ’-Fe4N结构是铁磁相,Fe原子的平均磁矩分别为1.47、2.04和2.49μB,从磁矩变化可以看出随着N原子组分的减少,体系的磁矩逐渐增大。从态密度的分析发现p-d轨道杂化的强弱是影响磁矩大小的主要原因。
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