Mn3Al块体合金下的电子结构计算论文.
Al—Zn—Mg合金固溶体的价电子结构分析
第５ ９卷 第 ２期 ２０ ０ ７ 年 ５ 月
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收稿 日期 ：０ ５ ．Ｏ １ ２ ０ 一 １ 一３
基金 项 目 ： 岛理工大学优秀青年教师科研启动基金项 目 （ ２ ０ 青 ｃ０４
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所 谓的 “ 平均 晶胞 ” 型 。 模 与 实 际 晶体 结构 相 比， 型忽 略 了 含溶 质原 子 模 晶胞 之 间以及 含溶质 原子 晶胞 和不含 溶质 原子 晶胞
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在 价键理 论 和能 带理论 基础 上建 立 的 固体 电子 理 论 （ Ｅ ）５， 供 了一个 处 理 复 杂 体 系价 电子 结 Ｅ Ｔ ［ｌ 提
构 的计算 方 法—— 键距 差 （ Ｌ 法 ， 成 功 地 用 于 Ｂ Ｄ） 并
点阵参 数 随溶质 含 量 的变 化 而 改 变 ， 以 我们 假 设 所 固溶体 是 由理想 的不 含溶质 原子 的 晶胞 与 含溶质原 子 的 晶胞两者 混 乱 地 分布 堆 积 起来 构 成 的。“ 均 平 晶格 ” 看 作 是 由 一 种 “ 均 晶胞 ” 积 构 成 ｊ 被 平 堆 。
韩永 剑 常素 玲 高英俊 ２ ， ，
（ ． 岛理 工 大学 理 学院 ， １ 青 山东 青 岛 ２ ６ ３ ； ２ 广 西大 学 物理科 学 与工程技 术 学院 ， 宁 ５ ０ ０ ） ６ ０ ３ ． 南 ３ ０ ４
《Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响》范文
《Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响》篇一摘要：本文通过实验研究Al和Mo微合金化对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织和性能的影响。
实验结果显示，适量的Al和Mo元素的添加能够有效改善合金的力学性能和耐腐蚀性，通过优化合金成分可进一步提高合金的抗蠕变性和硬度等关键指标。
一、引言近年来，随着环保理念的推广和应用需求的变化，镁合金由于其轻质和高性能的特质受到广泛关注。
而为了满足更为苛刻的应用条件，镁合金中往往加入各种微量元素来提高其综合性能。
本研究着眼于在Mg-Zn-Y-Mn合金中加入Al和Mo微合金化元素，以探讨其对合金微观组织和性能的影响。
二、实验方法本实验通过熔炼法制备了不同Al和Mo含量的Mg-Zn-Y-Mn 合金样品，并对样品的微观组织进行了观察和分析。
通过金相显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪等手段，对合金的显微组织、相组成和晶粒尺寸进行了详细研究。
同时，通过拉伸试验、硬度测试和耐腐蚀性测试等手段评估了合金的力学性能。
三、实验结果（一）微观组织观察通过SEM观察发现，加入Al和Mo后的Mg-Zn-Y-Mn合金中，晶粒尺寸明显减小，晶界更加清晰。
随着Al和Mo含量的增加，合金中出现了新的相结构，这些新相的生成有助于提高合金的力学性能。
（二）力学性能分析实验结果显示，适量的Al和Mo添加能够显著提高Mg-Zn-Y-Mn合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
当Al和Mo含量达到一定比例时，合金的硬度也得到显著提升。
此外，经过优化成分的合金具有更好的抗蠕变性。
（三）耐腐蚀性分析电化学测试结果表明，加入Al和Mo后的Mg-Zn-Y-Mn合金在盐水中的耐腐蚀性得到了明显增强。
这主要归因于合金表面形成的保护性氧化膜，有效阻止了腐蚀介质的进一步侵蚀。
四、讨论Al和Mo的加入对Mg-Zn-Y-Mn合金的微观组织产生了显著影响。
Al元素通过与Mg形成新的强化相，提高了合金的硬度；而Mo元素则有助于改善晶界强度，增强晶粒间的结合力。
立方结构铝基金属间化合物的电子结构和力学性能
Electronic Structure and Mechanical Properties of Cubic Al-based IntermetallicsCandidate Guan YazhuoSupervisor Professor Li WenCollege Faculty of Materials, Optoelectronics and PhysicsProgram Material Physics and ChemistrySpecialization Topography Evolution of Low-dimensional NanomaterialsDegree Engineering MasterUniversity Xiangtan UniversityDate2011-5-20湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘 要铝基金属间化合物以诸多优异的化学、物理、电学、磁学和力学性能使其有望在航空航天、微电子、交通运输以及国防军工等高新技术领域得到广泛的应用。
但是它们的室温脆性严重的限制了它们的应用。
近来的一些理论研究显示材料的力学特性，尤其是金属间化合物固有的脆性，应归因于它们本身的化学键的性质或它们的电子结构。
关于Mn3Al块体合金的电子结构计算
2019年1期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application关于Mn 3Al 块体合金的电子结构计算王俊灏（西南大学物理科学与技术学院，重庆400715）引言自旋电子学器件具有不同于传统半导体器件的优势使它成为21世纪重要的研究方向之一。
传统的电子学器件通常是利用电子的电荷特性，而自旋电子学器件是通过电子的自旋和电荷来进行运输的。
相对于传统电子学器件来说，自旋电子学器件不仅具有更低的耗能、非易失性、更强大的数据储存能力，而且还具有更快速的信息处理能力和集成度高的优质特点。
除此之外，它在磁记录读出磁头、磁传感器、磁性随机存储器等领域有着广泛的应用前景。
尽管自旋电子学器件能够更好地满足科学发展和人类的需要，但是它在实际材料的需求上有着较高的要求。
自旋电子学器件的制作的关键就在于如何能够将不同特征的电子有效的注入到半导体材料中，以此来达到实现自主运输的目的。
正如我们所知的，现在很多的材料做成的自旋电子学器件都只能在低温的环境下运行，这带来了很多的不便。
所以研究能在高居里温度下运行的自旋电子学器件的材料就显得尤为重要了。
研究表明自旋电子学器件的性能和自旋极化率有着密切的联系，如果材料具有高的自旋极化率，也就是说在费米能级附近分别具有自旋向上和自旋向下的电子数目越不平衡，那么自旋电子学器件的性能就越好。
近年来，由于半金属材料的优点，使得它成为了大家研究的热点之一。
1983年，de Groot 及他的团队采用第一摘要：自旋电子学器件在航天、军事等高科技领域，甚至在智能家电、通讯等民用领域都有广泛的利用，因此它也引起了科学家们越来越多的关注。
我们将对D03型Mn 3Al 块体合金的电子结构和磁性利用理论模拟计算方法进行研究。
根据理论计算发现Mn 3Al 合金不仅具有100%的自旋极化率而且还有半金属特性的电子结构。
关于合金磁性计算研究表明它是完全反铁磁性材料。
生物体系中金属离子的电子结构研究
生物体系中金属离子的电子结构研究在生物体系中，金属离子扮演着重要的角色。
它们参与着生命活动的许多方面，例如催化酶的活性、光合作用中的电子传递和氧气运输中的血红蛋白结构等。
了解金属离子的电子结构对于理解这些生命活动的机制至关重要。
首先，我们来看看金属离子的电子结构是什么。
金属离子通常将其电子配置写作一个高自旋dⁿ状态。
其中"d"代表金属离子的d轨道，n是d电子数。
例如，铁离子Fe2+的电子配置为[Ar]3d^6。
但是，在生物体系中，金属离子不止是简单的高自旋dⁿ状态。
与生命活动相关的金属离子比如铁、铜和锌都具有低自旋状态。
在低自旋状态下，铁离子Fe2+的电子配置为[Ar]3d^6，而在高自旋状态下，其电子配置为[Ar]3d^4。
低自旋状态下d轨道能量更高，因此低自旋状态对于金属离子在生物体系中的丰富性和多样性尤为重要。
那么，为什么低自旋状态比高自旋状态更常见呢？这是因为在低自旋状态下，大部分d的原子轨道都是双占据的，而在高自旋状态下则不存在这种情况。
这些双占据的轨道具有更强的内壳屏蔽效应，从而减少了花费在靠近核心电子上的电子能量，使d轨道的能量更高。
除了低自旋状态外，金属离子还可以和生物分子形成配合物。
这些配合物可以通过共价键或配位键同生物分子相互作用。
金属离子的配合物的电子结构更加复杂，因为它们的电子不仅和离子自身的电子相互作用，还和配体的电子相互作用。
这种相互作用可以使金属离子的电子重新分布，从而改变其反应性、活性和偏好。
例如，铁离子通过与不同的配体形成不同的配合物，可以参与许多不同的生命活动过程。
在研究金属离子的电子结构时，科学家们通常使用光谱学技术来观察和分析金属离子的吸收和放射光谱。
这些光谱提供了有关离子的电子结构的丰富信息，例如轨道能级、电子构型和反应中间体的数量。
总之，金属离子的电子结构对于生命活动具有极其重要的影响。
低自旋状态和配合物结构使金属离子在生物体系中表现出复杂的化学性质，从而为许多生命活动过程提供重要的基础。
采用第一原理方法研究Al 3+掺杂LiMn2O4的电子结构
计算 中， 电子交换关联能函数的处理采用广义梯度近似（ Ｇ ） Ｇ Ａ 近似 ． 原子赝势函数采用超软赝势（ ｌａ Ｕｔ — ｒ ｓｆＰｅｄｐｔ ｔ１． 面波 截 断ｆ （ ｎｒ ｕ ｇ ￣ ３０ｅ 使 每 个 原 子 能量 收 敛 至 １ ０ ５Ｖ以 内 ， ｏｔ ｓｕｏｏ ｎｉ）平 ｅ ａ ｌ Ｅｅｇ Ｃ ｔ ） ￣ ｙ ｏ ５ Ｖ， ×１ Ｉｅ
采 用第 一 原 理方 法 研 究 Ａ３ 掺 杂 １＋ ＬＭｎＯ 的 电子结构 ｉ ２４
刘丽影 ， 沈洪涛 ， 惠敏 ， 顾 翟玉春
（ 东北大 学材 料与 冶金 学院 ， 宁 沈 阳 １ＯＯ ） 辽 ｌＯ４
［ 要 ］ 为了从理论方面研 究掺杂 Ａ 对锂离子电池正极材料 Ｈ ｎ０ 结构及电化学性能 摘 Ｐ Ｍ ２４
的影响 ， ｔ／ ２４中掺 杂 Ａ 的电子结构进 行 了基于 密度泛 函理论 的第 一原理研 究， 对 ｉｌ ０ Ｖ ｎ Ｐ 得到 了 相应 的 晶格 常数 、 费米 能 、 能带 图、 密度 图及 分 态 密度 图． 态 结果 表 明 ， 杂 Ａ 后 ， 掺 Ｐ 品格 常 数 变小 ， 材料结 构 更 加 稳定 ， 环 性 能 更 好 ， 效 地 抑 制 了 Ｍ ３ 生 的 Ｊｈ—ｅｅ 变 ， 入 循 有 ｎ 发 ａｎＴｌｒ畸 ｌ 掺 Ａ３ ｌ 的缺 点是使材 料 的电导率 降低 ．
维普资讯
第２ 第３ ４卷 期
２０ ０８年 ６月
分 子
科
学
学 报
Ｖ０ ． ４ Ｎｏ ３ １２ ．
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［ 文章编号］００ ０５２０ ） － ０－ １０－ ３｛ ８０ ０ ６ ４ ９ ０ ３２ ０
金属材料中的电子结构分析
金属材料中的电子结构分析金属材料是人类社会历史上重要的材料之一，从最简单的铁到最复杂的高强度合金，在各个领域都有广泛的应用。
金属材料的性质与其电子结构密切相关，因此对金属材料的电子结构进行分析和理解是提高金属材料性能和开发新材料的必要条件。
一、金属材料的电子结构简介金属材料的电子结构主要由金属原子中的外层电子决定。
在金属晶格中，外层电子被强烈束缚在原子周围的金属离子上，形成一种电子气，被称为金属电子云。
金属电子云中的电子数目较多，且能量分布较广，形成一个广义的价带，其中最高的占据态称为费米面。
费米面以下的能级被填满，称为价态电子；费米面以上的能级则未被填满，称为导态电子。
金属中的价态电子保持在原子周围的离子中运动，形成了化学键；导态电子在整个晶体中运动，形成了金属的导电性和热传导性。
因此，金属的力学性能、导电性、热传导性和磁性等性能与其电子结构密切相关。
二、电子结构分析的方法对于单个金属原子，可以使用理论方法计算其电子结构，如密度泛函理论（DFT）和多体微扰理论（MPT）。
但对于复杂的合金和金属晶体，实验研究更为重要。
经典的实验方法包括X射线衍射、电子探针、中子散射等，都可以用于了解金属晶体的结构和电子波函数。
同时，由于电子的波动性质，高能电子和光子可以用于研究金属晶体中电子的运动，如X射线吸收谱（XAS）、光电子能谱（PES）和透射电子显微镜（TEM）等。
三、应用金属材料的电子结构分析在材料科学和工程中有着广泛的应用。
例如，对于新材料的开发和设计，通过对金属材料的电子结构分析，可以了解其物理、化学和力学性质，从而准确地预测其性能。
此外，电子结构分析还可以帮助解释材料的微观行为，如晶体的生长、位错的产生、相变的过程等。
最近，电子结构分析在材料设计中的应用越来越广泛，通过人工智能等技术，可以快速而准确地预测不同材料的性能，并设计出更优异的材料。
电子结构分析还可以帮助解释催化反应、锂离子电池等现象，为实现绿色和可持续发展提供了一种新的途径。
Ni—Al系金属间化合物价电子结构与性能分析
域很有潜力的高温结构材料 。运用 固体与分子经验 电子 理论分析 了 Ｎｉ 和 Ｎｉ 金 属 间化合 物 的价 电子结构 ， Ａｌ 。 Ａｌ 并
从电子结构层 次初步探讨 了 Ｎｉ 和 Ｎｉ 金属 间化合物的强度 、 Ａｌ ｓ Ａｌ 稳定性 、 室温脆 性及熔 点等 问题 。计 算结果表 明，
化 学 计 量 比 的 Ｎｉ 和 Ｎｉ 的脆 性 因子 均 小 于 ０ ０ ， 温下 表 现 为 本 征脆 性 ， Ａｌ Ａｌ ３ Ａｌ ．８ 室 Ｎｉ 的脆 性 比 Ｎｉ 的脆 性 大 ； Ａｌ ３ Ａ１ Ｎｉ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＥｌｃｒｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ。Ｃｈｎ ｉｅｓｔ ｆＰ ｔｏｅ ｍ （ ｓ ｉａ ，Ｄｏ ｇ ｉｇ２ ７ ６ ） Ｓ ｈ ｏ ｅｔｏ ｃ ａ ｉａ ｏ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｉａＵｎｖ ｒｉ ｏ ｅｒ ｌｕ ｙ Ｅｅ ｔ Ｃｈｎ ） ｎ ｙｎ ５ ０ １ Ａｂｔａｔ ｓｒ ｃ Ｎｉ ｎ ３ ｔｒ ｔｌｃｃ ｍｐ ｕ ｄ ｒ ｏ ｅ ｔ ｌ ｔｒ ｌ ｏ ｉｈ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｈ Ａｌ ｄＮｉＡ１ｎ ｅｍｅａｌ ｏ ｏ ｎ ｓａｅｐ ｔｎｉ ａ ｉ ｉ ａ ｍａｅｉ ｓｆ ｒｈｇ －ｅ ｅ ａｕ ｅｓｒ ｃｕ ｅｉ ｔｅ ａ ｎ
的 熔 点和 强度 均 比 Ｎｉ 的 高 ， 定 性 比 Ｎｉ 的 差 。 ３ Ａｌ 稳 。 Ａｌ 关键 词 Ｎ— １ ｉ 系金属 间化合物 Ａ 经验电子理论 价电子结构 室温脆性
中 图分 类 号 ： ４ ＴＧ １ ６
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｌ ｎ ｅ Ｅｌｃ ｒ ｎ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｎ ｏ ｅ ｔｅ ｆ Ｉ ｅ ｍ ｅ ａ ｌｃ ａ ｙ ｉ ｎ Ｖａ ｅ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓｏ ｎｔ ｒ ｔ ｌｉ Ｃｏ ｐ ｕ ｄ ｎ ＮｉＡＩＳ ｓｅ ｍ ｏ ｎ ｓ ｉ — ｙ ｔｍ Ｊ ＡＮＧ ｈ ｙｎ Ｉ Ｓ ｕ ｉｇ，Ｌ ｈ ｃ ｕ ＩＳ ｉｈ ｎ
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Mn3Al块体合金下的电子结构计算论文2019-02-15
摘要：自旋电子学器件在航天、军事等高科技领域，甚至在智能家电、通讯等民用领域都有广泛的利用，因此它也引起了科学家们越来越多的关注。
我们将对D03型Mn3Al块体合金的电子结构和磁性利用理论模拟计算方法进行研究。
根据理论计算发现Mn3Al合金不仅具有100%的自旋极化率而且还有半金属特性的电子结构。
关于合金磁性计算研究表明它是完全反铁磁性材料。
Mn3Al 合金是一种半金属完全反铁磁材料，所以研究Mn3Al合金对自旋电子学器件的设计具有重要意义。
关键词：Mn3Al合金；密度泛函理论；电子结构；磁性
自旋电子学器件具有不同于传统半导体器件的优势使它成为21世纪重要的研究方向之一。
传统的电子学器件通常是利用电子的电荷特性，而自旋电子学器件是通过电子的自旋和电荷来进行运输的。
相对于传统电子学器件来说，自旋电子学器件不仅具有更低的耗能、非易失性、更强大的数据储存能力，而且还具有更快速的信息处理能力和集成度高的.优质特点。
除此之外，它在磁记录读出磁头、磁传感器、磁性随机存储器等领域有着广泛的应用前景。
尽管自旋电子学器件能够更好地满足科学发展和人类的需要，但是它在实际材料的需求上有着较高的要求。
自旋电子学器件的制作的关键就在于如何能够将不同特征的电子有效的注入到半导体材料中，以此来达到实现自主运输的目的。
正如我们所知的，现在很多的材料做成的自旋电子学器件都只能在低温的环境下运行，这带来了很多的不便。
所以研究能在高居里温度下运行的自旋电子学器件的材料就显得尤为重要了。
研究表明自旋电子学器件的性能和自旋极化率有着密切的联系，如果材料具有高的自旋极化率，也就是说在费米能级附近分别具有自旋向上和自旋向下的电子数目越不平衡，那么自旋电子学器件的性能就越好。
近年来，由于半金属材料的优点，使得它成为了大家研究的热点之一。
1983年，deGroot及他的团队采用第一性原理计算方法在理论上首次发现half-Heusler合金NiMnSb具有半金属性，越来越多的Heusler合金被研究证实其半金属性并被归为半金属铁磁体。
Heusler合金具有独特的磁学性质、形状记忆效应、半金属性、拓扑绝缘等性能，而这些优点就使得这种合金在自旋电子器件的研究中具有重要意义。
虽然Mn3Al块体合金具有多种结构，其中最重要的一种结构是
D03型。
利用密度泛函理论计算的方法，本文研究了D03型Mn3Al块体合金的电子结构及磁性。
1研究方法
本文采用的第一性原理计算，此次研究所有的计算工作都是在高性能计算机上运行ViennaAb-initoSimulationPackage（VASP）程序完成。
计算过程中，我们采用广义梯度近似（GGA）方法，选取缀加投影波（PAW）来描述离子
实与价电子之间的相互作用，平面波截断能取为350eV，利用Monkhorst-Pack 方法生成17×17×17的k点网格，并且电子自洽计算的收敛标准被设为10-6Ev。
在对Mn3Al块体合金进行结构优化和静态计算时，0.01eV被设为相关原子停止驰豫的标准。
2结果分析
根据对处于平衡状态的Mn3Al块体计算的数据，我们绘制出了D03型
Mn3Al块体合金态密度图，如图2所示。
在块体的态密度图中，费米能级处的自旋极化电子的态密度曲线明显不对称，我们选择费米能级为能量零点。
正如我们所知道的，通过对Mn3Al合金自旋极化电子结构的分析是判断其半金属性的有效方法之一。
从图2中我们可以看到，自旋向下的态密度图穿过了费米能级，导致其在费米能级不存在带隙；而自旋向上的态密度图在费米能级处存在明显的带隙。
所以自旋向上和自旋向下的图就分别表现出了半导体和金属的电子结构特征。
这就表明D03型Mn3Al块体合金具有半金属性电子结构。
对于自旋电子器件来说，合金材料的磁性特征很重要。
我们知道D03型Mn3Al块体合金材料的磁性主要来源于原子的自旋磁矩。
从计算数据的分析，我们发现在
D03型Mn3Al块体合金中，MnMn层的Mn2原子的磁矩是1.4μB，MnAl层的Mn1原子的磁矩是-2.8μB，Al原子的磁矩是0。
并且MnMn层的Mn原子和MnAl层的Mn原子的磁矩方向相反，从而导致了D03型Mn3Al合金的总磁矩为0。
相关研究表明Mn3Al合金具有完全反铁磁性。
3结论
本文利用第一性原理计算了D03型Mn3Al块体合金材料的磁性和电子结构。
对Mn3Al的磁性和电子结构的研究表明，Mn3Al合金不仅具有完全反铁磁性质而且还具有典型的半金属性。
Mn3Al的半金属性就表明了这种材料具有100%的自旋极化率，这是制作电子自旋器件的理想材料。