RCo5合金磁晶各向异性的第一性原理研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lmh_leo
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我们应用密度泛函理论,用全势的线性缀加平面波(FLAPW)计算了YCo5,SmCo5和NdCo5的磁晶各向异性能,其中Sm,Nd的交换关联采用了LDA+U方法。根据力场原理,由沿不同晶向磁化时,体系费米面以下占据态本征值和的差异,即ΔE=∑Eiaxis-∑Eiplane来计算体系的磁晶各向异性能。结果表明YCo5、SmCo5和NdCo5的磁晶各向异性能(MAE)分别是-2.2meV/f.u.,-17.27meV/f.u.,以及33.79meV/f.u.。计算的MAE值以及易磁化方向都与实验值符合得很好。通过系统研究NdCo5基面内沿不同晶向磁化的MAE,我们发现在NdCo5的基面内存在两个互相垂直的易磁化方向[110]和[110]。对NdCo5进行晶格畸变(拉伸或压缩a轴,拉伸或压缩c轴)以及做等体积的晶格畸变后,发现MAE有显著减小,当拉伸c轴超过6.8%,易磁化方向由面内转向平行于c轴。通过对单胞中各原子的电子态密度分布与自旋密度分布的计算研究,我们发现4f电子以及4f-3d电子的耦合对磁晶各向异性起主要的作用。对各原子磁矩的计算表明,晶格畸变主要是通过影响稀土原子的晶体场来改变原子轨道磁矩,并通过自旋-轨道耦合来影响MAE。而自旋磁矩在畸变中的变化非常小。我们进一步用Fe原子替代NdCo5中不同位置的Co。计算发现,Fe原子替代可以显著提高晶胞的总磁矩,并且显著改变体系的MAE。如NdCo2Fe3的面内磁晶各向异性ΔE[110]=12.13meV/f.u.,ΔE[110]=2.59meV/f.u.。这种变化主要来源于Co、Fe的3d电子数量以及空间分布的差异,同时由于元素替代带来的晶格畸变对4f电子空间分布的影响也不可忽略。我们的研究表明,适当的元素替代可以增加NdCo5面内磁晶各向异性的差异,并同时提高单胞磁矩,这对提高材料的吸波性能有重要意义。
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