بخشی از مقاله
مقدمه
معمولاً درك پدیدههاي حالت جامد بسیار دشوار است و نیاز به سادهسازي مسائل تا حد ممکن دارد. این نیاز موجب شد تا دانش پژوهان به مطالعه فلزات خالص، آلیاژهاي ساده و یا ترکیبهاي مشخص بپردازند. ایدهي اسپینترونیک به حدود چندین دهه میرسد و این فناوريِ نوپا ظهور قطعاتی را وعده میدهد که کوچکتر و بسیار کارآمدتر از قطعات
الکترونیکی سنتی هستند. در اسپینترونیک عناصر مغناطیسی را با الکترونیک بر پایه بار پیوند زده و موجب تولید
وسایل با ویژگیهاي جدید می شوند. قابلیت ایجاد سرعت هاي بالا در پردازش اطلاعات، کاهش توان مصرفی
ساخت حافظه هاي غیر فرار با سرعت و ظرفیت بالا در ذخیره سازي اطلاعات، از مزیتهاي فناوري
اسپینترونیک در مقایسه با روش هاي معمول و در دسترس امروزي است1]و.[ 2
آلیاژهاي هویسلر از جمله موادي هستند که جزء مواد فرومغناطیس هستند. خانوادة ترکیبات هویسلر با بیش از یک هزار عضو توجه بسیاري از محققین را به خود جلب کرده است. بروز ویژگی هاي فیزیکی متعدد از قبیل ویژگی نیم فلزي، ویژگی هاي مغناطیسی متنوع، اثر حافظه شکلی3 ]و [4، اثر مغناطوگرمایی و مغناطو مقاومت بزرگ [5-7]
1دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، گروه فیزیک، واحد شهرضا 2دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، گروه فیزیک، واحد شهرضا
از یکسو و سادگی فیزیک حاکم بر آنها از سوي دیگر دلیل توجه فراوانی به این ترکیبات است. به طور کل آلیاژهاي هویسلر به دو دسته تقسیم می شوند:
-1 آلیاژهاي تمام هویسلر X2YZ و-2 آلیاژهاي نیمه هویسلر .XYZ در این آلیاژها X و Y به عنوان دو فلز متغیر و Z به عنوان عنصر گروه اصلی است. آلیاژهاي چهارتایی هویسلر XXYZ یکی از ساختارهاي جدید خانواده آلیاژهاي هویسلر است که به تازگی در مرکز توجه قرار گرفته اند. این آلیاژهاي جدید می توانند با جایگزین کردن اتم هاي X در ساختار X2YZ با یکی از عناصر واسطه دیگر بدست آیند. همچنین این آلیاژهاي چهارتایی هویسلر XXYZ با سه ساختار YI ،YII وYIII تعریف می شوند.
در این مقاله قصد داریم ترکیبات چهارتاییCoMnZrSb را در سه ساختار YI ،YII وYIII مورد مطالعه قرار دهیم.
روش محاسبات
محاسبات بر پایه نظریه تابعی چگالی و با اسـتفاده از روش روش امـواج تخـت بهبـود یافتـه بـا پتانسـیل کامـل FP-) (LAPW در چارچوب نظریهي تابعی چگالی و با استفاده از نرم افزار k٢wien انجام شده است. پارامتر بردار موج قطع Kmax به صورت RMT٨ است که R MT کوچک ترین شعاع کره موفین تین است.شعاع کره موفین تـین بـراي ترکیـب CoMnZrSb برابر 2a.u است.
خواص ساختاري
خواص فیزیکی یک سیستم به انرژي کل آن و تغییراتش با حجم (یا فشار) وابسته است. از این رو براي محاسبه کمیت-هاي مختلف بلور، انرژي کل بلور را بر حسب حجم یاختهي بسیط محاسبه کرده و نمودار انرژي- حجم را رسم می کنیم. انرژي کل ترکیب CoMnZrSb در هر سه ساختار YI ،YII وYIII در حجم هاي متفاوت و در دو حالت فرومغناطیسی (FM)و غیر مغناطیسی((NM محاسبه شده است و نمودار انرژي برحسب حجم آن در هر سه ساختار YI ،YII وYIII در شکل (1) نشان داده شده است. به وضوح دیده می شود که در حالت فرو مغناطیسی نمودارها در کمینه انرژي قرار می گیرند که دلیل بر پایدار بودن حالت فرومغناطیسی نسبت به حالت غیر مغناطیسی است. همچنین، ساختار YI کمترین انرژي را بین سه ساختار دارد که به عنوان ساختار پایدار براي این ترکیب معرفی می گردد.
CoMnZrSb -25269.60
-25269.65
-25269.70
FM-YI -25269.75
FM-YII -25269.80
FM-YIII -25269.85
NM-YI
NM-YII -25269.90
NM-YIII
-25269.95
600 550 500 450 400 350 300 250
(Ry)Energy
Volume(a.u.3)
شکل(:(1 نمودارهاي انرژي برحسب حجم یاختـه بسـیط ترکیـب CoMnZrSb در هـر دو حالـت فرومغنـاطیس و فرومغناطیس
کمینه نمودارهاي فوق، حجم تعادلی را براي یاخته بسیط ارائه میدهد. سپس با استفاده از رابطه بین یاخته بسیط و ثابت شبکه، ثابت شبکه تعادلی به دست میآید. نتایج مربوط به پارامترهاي ساختاري تعادلی هر سه ساختار شامل پارامتر شبکه، مدول حجمی و مشتق مدول حجمی و انرژي تشکیل( (EC و انرژي بستگی ( (Ef در جدول (1) گزارش شده است.
جدول : 1 پارامترهاي ساختاري تعادلی شامل ثابت شبکه، مدول حجمی ، مشتق مدول حجمی، انرژي تشکیل و
بستگی براي ترکیب
Ef(Ry) Ec(Ry) B' B(Gpa) (٠a(A ساختار ترکیب
-0/07 -1/38 4/55 163/11 6.27 YI CoMnZrSb
-0/003 -1/31 4/86 108/61 6/47 YII
-0/008 -1/32 3/79 100/48 6/53 YIII
خواص الکترونی
براي بررسی خواص الکترونی نمودار ساختار نواري ترکیب CoMnZrSb رسـم گردیـد. شـکل (2) نمـودار سـاختار نواري را نمایش می دهد. با توجه به شکل نتیجه می گیریم که ترکیب CoMnZrSb نیم فلز است و در حالـت اسـپین اقلیتی خود داراي گاف نواري می باشند.
Spin majority Spin minority
شکل :(2) ساختار نوار انرژي CoMnZrSb در ساختار YI
از جمله پارامترهاي مهم در ترکیبات نیم فلزي، گاف نواري اقلیتی (و یا اکثریتی) و گاف نیم فلزي (گاف چرخش اسپینی)3 می باشد.گاف نواري اقلیتی (و یا اکثریتی) ، فاصله مینیمم نوار رسانش تا ماکزیمم نوار والانس در حالت اقلیتی (و یا اکثریتی) می باشد و گاف نیم فلزي نیز برابر با مینیمم مقدار گاف بین ماکزیمم نوار والانس تا سطح فرمی و مینیمم نوار رسانش تا سطح فرمی در حالت اقلیتی (و یا اکثریتی) است.
