بخشی از مقاله
چكيده
در اين مطالعه بر اساس نظريه ي تابعي چگالي خواص الكتروني و مغناطيسي آلياژهاي هويسلر كامل Cu2CrAl و Co2CrSi بررسي شده است. كاربرد اين آلياژها به عنوان الكترود و كانال در ادوات GMR در محاسبات پيشين به روش امواج تخت-شبه پتانسيل بررسي شده و در اين مقاله به منظور بررسي دقيق تر اثرات سطحي و ساختار الكتروني با رهيافت امواج تخت الحاقي خطي شده-پتانسيل كامل مورد مطالعه قرار گرفته اند.
نتايج نشان مي دهد كه Cu2CrAl تركيب مغناطيسي غير نيم فلزي و Co2CrSi يك تركيب مغناطيسي نيم فلزي است. در ساختار حاوي مس ممان مغناطيسي اتم هاي مس بسيار كوچك به دست مي آيند و انحراف از رفتار اسليتر-پائولي ديده مي شود. در حالي كه در ساختار حاوي كبالت ممان مغناطيسي با رفتار اسليتر-پائولي در تطابق است. چگالي حالات موضعي در لايه هاي نازك اين تركيبات نيز مورد بررسي قرار گرفته است.
مقدمه
امروزه آلياژهاي هويسلر در گستره وسيعي كاربرد دارند ومحققان زيادي در دنيا با بررسي خواص و به خصوص بررسي خواص الكتروني و مغناطيسي آن ها در اين زمينه فعاليت مي كنند. اسپينترونيك، مغناطو الكتريك زمينه استفاده از اين آلياژها هستند. اين آلياژها در نوار اسپين اكثريت و نوار اسپين اقليت در بررسي چگالي حالت ها رفتار متفاوتي نشان مي دهند كه خاصيت نيمه فلزي و فلزي براساس رفتار دو نوار اسپيني تعيين مي شود. تركيبات شامل اتم Co براي كاربرد در اسپينترونيك اهميت دارند. دماي كوري، قطبش اسپيني و ممان مغناطيسي دلايل اين اهميت است.]١[ بررسي بسياري در مورد تركيب Co2CrX توسط محققان انجام شده است.]٤-٢[
روش محاسبات
محاسبات با روش موج تخت بهبود يافته خطي با پتانسيل كامل - FP-LAPW - براساس نظريه تابعي چگالي با استفاده از بسته نرم افزاري Wien2k و با استفاده از تقريب WC-GGA انجام شده است. ثابت شبكه جامدات تابعيWC به تجربه نزديكتر است و براي سطوح نتايج بهتري مي دهد.]٥[ ثابت شبكه بهينه شده براي تركيب Co2CrSi و Cu2CrAl به ترتيب ٥٨/٥ و ٨٥/٥ آنگستروم مي باشد. ثابت شبكه تجربي برايCo2CrSi گزارش نشده است و براي Cu2CrAl مقدار ٨٧/٥ آنگستروم مي باشد]٦ [ كه داراي اختلاف ٢ درصد با ثابت شبكه بهينه استفاده شده براي اين تركيب است.
شعاع مافين تين براي اتم هاي Co ، Cr، Si در تركيب اول به ترتيب ٠/٢، ٠/٢، ١/٢ و براي Cu ، Cr، Al در تركيب دوم به ترتيب ٠/٢ ، ٠٧/٢، ١/٢ مي باشد. محاسبات با ٥٠٠ نقطه K انجام شده است و معيار همگرايي ٠١/٠ ريدبرگ مي باشد. در محاسبات مقادير براي Kmax = 7 وGmax = 12 و Lmax = 4 محاسبه شده است. محاسبات ابر سلول از سه لايه اتمي ساخته شده است - شكل ١ - كه پارامتر شبكه، پارامتر شبكه بهينه سازي شده تركيبات است.
ساختار بلوري
تركيبات مورد بررسي، آلياژهاي هويسلر كامل، داراي ساختار L21 با تركيب X2YZ كه Xو Y از عناصر فلزات واسطه و Z از عناصر فلزات اصلي انتخاب مي شوند. كه از چهار شبكه مكعبي در هم رفته FCC به فاصله ٤/١ از هم تشكيل شده اند. ]٧[
بررسي خواص تركيبات با چگالي حالات
در بررسي نمودار چگالي حالت ها، تركيب Co2CrSi، در نوار اكثريت با قله در سطح فرمي و در نوار اقليت با گاف انرزي در سطح فرمي برخورد مي كنيم كه قطبش اسپيني ١٠٠ درصد را منجر مي شود. وجود قله در نوار اكثريت نشاندهنده ي خاصيت فلزي و وجود گاف در نوار اقليت نشاندهنده ي خاصيت نيمه فلزي در اين تركيب مي باشد.]٧[ چگالي حالت مربوط به تركيب به دليل وجود Co وCr است. حالت هاي d و D-eg وD-t2g ، Co در ناحيه ظرفيت حالت اشغال شده اند و در سطح انرژي بالايي قرار دارند.
ولي حالات d، Cr در نزديك سطح فرمي داراي قله مي باشد و داراي حالات اشغال نشده نيز مي باشد. در نوار اقليت اين تركيب گاف انرژي ٨١٦/٠ الكترون ولت و اتم Co وCr هردو گاف ٨١٤/٠ الكترون ولت را نشان مي دهند. حالات d كبالت داراي حالات اشغال نشده هم مي باشد، در صورتي كه حالات d،Cr خالي هستند. در تركيب Cu2CrAl ،Cr نقش تعيين كننده دارد و با توجه به شكل درصدي از حالات d خالي اند.
در صورتي كه حالات d، Cu اشغال شده اند. در نوار اقليت حالات d،Cr خالي هستند و برخلاف تركيب اول گاف انرژي در اين تركيب مشاهده نمي شود و خاصيت نيمه فلزي از خود به نمايش نمي گذارد. شكل ٢و٣ چگالي هر دو تركيب را در هر دو نوار اكثريت و اقليت وناحيه ظرفيت و رسانش نشان مي دهد. تنها ١٥ حالت d اتم Co وCr بررسي مي شوند. هيبريداسيون قوي بين اوربيتال هاي 3d اتم هاي Co-Co و اوربيتال هاي 3d اتم هاي Co-Cr دليل وجود گاف است كه با منشاء گاف در بررسي گلاناكيس و همكاران براي Co2MnZ - Z = Al, Si, Ge, Sn - مطابقت دارد.]٨[
ممان مغناطيسي كل Co2CrSi و اتم هاي Co،Cr،Si به ترتيب ٤ ، ٠٣/١ ، ٨٥/١ و٠٤/٠- به دست آمده است و ممان مغناطيسي كل Cu2CrAl و اتم هاي Cu ،Cr ،Al به ترتيب ٦٨/٢، ٠٧/٠، ٥/٢، ٠٦/٠- به دست آمده است. قانون Mt=Zt-24 نيمه فلزبودن آلياژهاي هاي هويسلر را طبق منحني اسليتر-پائولي نشان مي دهد.]٧[ تركيب اول در توافق با منحني اسليتر-پائولي مي باشد اما تركيب دوم انحراف ازمنحني را نشان مي دهد. تركيب اول نيمه فلز فرو مغناطيس است ولي تر كيب دوم چنين نيست.
در ابر سلول ساخته شده از سه لايه اتم هاي Co،Cr،Cu مانند حالت توده مهم هستند؛ گاف نواري در نوار اقليت Co2CrSi در ابر سلول ناپديد شده است و خاصيت نيمه فلزي حالت توده در حالت ابر سلول باقي نمي ماند. جدول ١ ممان مغناطيسي براي اتم هاي غير هم ارز به دست آمده را نشان مي دهد. با توجه به نتايج به دست آمده Si وAl داراي ممان مغناطيسي منفي و كوچكتر مي باشند. در تركيب Co2CrSi هيچ قله اي در سطح فرمي به جز در اتم Cr1 و در نزديكي سطح فرمي در دو اتم Cr3 وCr4 در نوار اكثريت و در ناحيه ظرفيت ديده نمي شود.
در نوار اقليت Co3 داراي قله نزديك سطح فرمي در ناحيه رسانش و Cr2 قله اي مماس بر سطح در ناحيه ظرفيت و قله اي نزديك سطح در ناحيه رسانش مي باشد. در تركيب Cu2CrAl در نوار اكثريت اتم هاي Cr در انرژي ٤/ ٠- الكترون ولت قرار گرفته اند و در نوار اقليت اتمي در نزديكي سطح فرمي مشاهده نمي شود. شكافتگي حالت هاي d در اتم Cr به وضوح مشخص است. بررسي سطوح بين دو شكل ٢ : چگالي حالت هاي كلي و جزئي - a - تركيب Co2CrSi دركانال اسپين اكثريت - b - تركيب Co2CrSi در كانال اسپين اقليت - c - تركيب Cu2CrAl در كانال اسپين اكثريت - d - تركيب Cu2CrAl دركانال اسپين اقليت. تر كيب و خواص ترابرد آنها براي كاربردهاي ابزارهاي مغناطومقاومت ها - GMR - كه مي تواند يكي از كاربرد هاي اين نوع تركيبات و مسيري پيش رو براي ادامه بررسي اين تركيبات باشد كه توسط باي و همكاران انجام شده است.] ٩[ خواص و حالت ها در سطوح تغيير كرده و نياز به بررسي براي فهم خواص و كاربرد ها دارد.
