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摘要

利用第一性原理计算方法，研究了CuHg2Ti结构下Ti2CrK（K=Sb，Ge，Sn，Sb，Bi）系列合金的电子结构、能隙起源和磁性. 研究发现：Ti2CrK（K=Si，Ge）合金是普通半导体材料；Ti2CrK（K=Si，Bi）合金是亚铁磁性半金属材料，其半金属性能隙受到Sb 和Bi 原子s 态的直接影响；Ti2CrSn合金是完全补偿的亚铁磁性半导体. 基于Ti2CrSn合金两个自旋方向上的能隙起源不同，通过Si和Ge替换掺杂同族Sn元素调制能隙的宽度，获得了完全补偿亚铁磁性自旋无能隙材料；通过Fe和Mn替换掺杂过渡族Cr元素获得了一系列半金属材料. Ti2Cr1-xFexSn 和Ti2Cr1-xMnxSn合金都具有亚铁磁性. 所研究的这些半金属性合金的分子磁矩Mtotal 与总的价电子数Zt服从Mtotal=Zt-18 规则.

关键词:

Abstract

The electronic structures, band-gap origins and magnetisms of Ti2Cr-based alloys with CuHg2Ti-type structure are studied using the first principles calculations. It is found that Ti2CrK (K=Si, Ge) alloys are semiconductors Ti2CrK (K=Sb, Bi) alloys are predicted to be half-metallic ferrimagnets and their half-metallic band gaps are affected directly by the S states of Sb and Bi atoms. Ti2CrSn alloy is a completely-compensated ferrimagnetic semiconductor. Due to the different band-gap origins of Ti2CrSn alloy in two spin directions, we can adjust the width of band gap by doping engineering. The ferrimagnetic spin-gapless materials are achieved by substituting Si or Ge for Sn. Substituting Fe or Mn for Cr, we gain a series of half-metallic materials. Ti2Cr1-xFexSn and Ti2Cr1-xMnxSn alloys are in ferrimagnetic states. All the half-metallic Ti2Cr-based alloys follow Mtotal=Zt-18 rule (Mtotal is the total magnetic moment and Zt is the valence concentration).

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

基金项目:国家自然科学基金（批准号：51271071，11074160）、教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：NCET-10-0126）、河北省应用基础研究计划重点基础研究项目（批准号：12965136D）、河北省自然科学基金（批准号：E2013202181）和河北省高等学校科学技术研究青年基金（批准号：Q2012008）资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51271071, 11074160), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-10-0126), the Key Basic Research Program of Applied Basic Research Program of Hebei Province, China (Grant No. 12965136D), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant No. E2013202181) and the Science and Technology Research Foundation for Young Scholars of Higher Education of Hebei Province, China (Grant No. Q2012008).

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