一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，涉及铁基合金磁性材料技术领域，包括以下步骤：建立完全无序型A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型；进行结构优化，找到最稳定的构型；在基态结构的基础上对晶胞施加压应变和拉应变，计算出施加应变的结构的基态的电子性质和基本磁性；对未施加应变的结构与施加应变的结构进行Bader电子计算、电子态密度占据情况与饱和磁感应强度等磁性的计算；统计分析两类铁基超晶胞模型和施加应变时的磁性变化情况进行总结规律；本发明专利技术提供，利用最省时省事的计算模拟，模拟磁性材料磁性在应变作用下磁性提高的机理，为高磁性材料的设计探路，提高磁性性能。提高磁性性能。提高磁性性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法


[0001]本专利技术涉及铁基合金磁性材料
，尤其涉及一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法。

技术介绍

[0002]磁性材料是功能材料的重要分支，磁性元器件具有转换、传递、处理信息、储存能量等功能，广泛应用于电子、电力、通讯设备、医疗卫生、军工等行业，尤其在信息技术行业扮演着不可替代的角色。铁基合金具有丰富的物理性质和丰富的原料存储量，一直处于凝聚态物理和材料科学领域研究的前沿。大部分的应用是基于它高的机械性能，单在磁性电子器件方面的研究暂时不多。
[0003]信息技术总是向着更小、更轻薄及多功能、数字化、智能化的方向发展，这对磁性材料的性能提出了更高的要求，要求磁性材料不仅具有更大的容量、更小型化、高速度，还要求具有稳定性、抗氧化性、抗结构波动性和低成本等特点。目前常见的磁性材料包括硅钢、镍铁、钴铁、非晶合金和铁氧体已经其派生物，其中硅钢的应用是最为广泛的，但硅钢的空载损耗较大，铁基非晶合金的空载损耗仅为同规格取向性硅钢的25％，空载电流也下降了，负载损耗基本相同，具有明显的节能和环保作用；但非晶合金铁芯的饱和磁密度很低，仅为硅钢的80％，故同容量的铁芯体积要增大。在工艺上有效提高铁基非晶合金的饱和磁密度成为磁性材料的研究热点。
[0004]应变和掺杂是调节材料电子结构的有效方法，经常被应用到磁性材料的性能调控研究中；材料的电荷、自旋和晶格三者之间存在耦合效应，所以拉伸或者压缩晶格也可以调节体系的磁性；材料的磁致伸缩效应会导致磁性薄膜的磁化状态乃至输运性质随着应力应变而发生变化。近年，研究人员发现拉伸应变作用下的磁性材料发生了结构的相变，对应于结构相变，磁性材料中的某些磁性会在原子之间传递或者使某些低磁矩原子的磁矩大幅提升，能实现铁磁态和反铁磁态之间的相互转变；本专利技术基于第一性原理方法计算，系统的研究了铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，解决了上述提出的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、建立完全无序型A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型；
[0008]S2、进行结构优化，找到最稳定的构型；
[0009]S3、在基态结构的基础上对晶胞施加压应变和拉应变，计算出施加应变的结构的
基态的电子性质和基本磁性；
[0010]S4、对未施加应变的结构与施加应变的结构进行Bader电子计算、电子态密度占据情况与饱和磁感应强度等磁性的计算；
[0011]S5、统计分析两类铁基超晶胞模型和施加应变时的磁性变化情况，总结出一定的规律性。
[0012]其中，所述S1
‑
S5中采用密度泛函理论进行计算A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型。
[0013]其中，所述密度泛函理论包括有Bom
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Oppenheimer近似、Hartree
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Fock近似、Hohenberg
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Kohn定理和Kohn
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Sham方程。
[0014]其中，所述Kohn
‑
Sham方程中采用交换相关泛函中的广义梯度近似计算。
[0015]其中，所述S2中通过结构的迭代，找到能量最低情况下的晶体结构。
[0016]其中，所述S3中通过改变晶格系数来模拟压应变和拉应变的作用，再通过结构优化找到稳定的晶体结构。
[0017]与相关技术相比较，本专利技术提供的一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法具有如下有益效果：
[0018]本专利技术提供，通过预测应变作用下铁基合金的磁性变化规律，使用理论计算模拟的方法可以预测铁基合金的磁性变化规律，给予实验方案一定的指导方向，一方面可以减少实验时间和财力的投入，另一方面可以揭示作用机理，为以后的研究提供一定的参考。
[0019]本专利技术提供，利用最省时省事的计算模拟，模拟磁性材料磁性在应变作用下磁性提高的机理，为高磁性材料的设计探路，提高磁性性能。
[0020]本专利技术提供，本方法中所研究的材料储备丰富，市场价格低廉，所使用的研究方法技术成熟，且省时省力，为实验设计出合理的磁性元件奠定基础、提供理论支撑，可以进一步减少磁性材料的研发成本及生产成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术B2
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confl、B2
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conf2和A2的结构模型示意图；
[0022]图2为本专利技术Fe
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Fe键长随应变的变化情况和体系磁矩随应变的变化情况示意图；
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]本实施例，一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，包括以下步骤：
[0025]S1、建立完全无序型A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型；
[0026]其中，Fe60A140的化学序可以改变；该合金具有稳定的B2有序结构，其中纯Fe原子组成的原子平面被富Al平面分隔，以及亚稳的完全无序A2结构，具有随机位置占据。
Fe60A140合金可通过热处理有序化为B2结构，而交换Fe和Al位置占据，例如通过离子辐照，形成反位缺陷，使合金逐渐无序化为A2结构；简化Fe60A140模型为Fe10A16，首先建立稳定的B2有序结构，在次基础上交换Fe和Al位置占据点构完全无序A2结构。
[0027]S2、进行结构优化，找到最稳定的构型；
[0028]其中，通过结构的迭代，找到能量最低情况下的晶体结构，此时的结构为最稳定的结构。
[0029]S3、在基态结构的基础上对晶胞施加压应变和拉应变，计算出施加应变的结构的基态的电子性质和基本磁性；
[0030]其中，在基态结构的基础上通过改变晶格系数来模拟压应变和拉应变的作用，再通过结构优化找到稳定的晶体结构。
[0031]S4、对未施加应变的结构与施加应变的结构进行Bader电子计算、电子态密度占据情况与饱和磁感应强度等磁性的计算；
[0032]S5、统计分析两类铁基超晶胞模型和施加应变时的磁性变化情况，总结出一定的规律性。
[0033]进一步，S1
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S5中采用密度泛函理论进行计算A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型；密度泛函理论包括有Bom
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立完全无序型A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型；S2、进行结构优化，找到最稳定的构型；S3、在基态结构的基础上对晶胞施加压应变和拉应变，计算出施加应变的结构的基态的电子性质和基本磁性；S4、对未施加应变的结构与施加应变的结构进行Bader电子计算、电子态密度占据情况与饱和磁感应强度等磁性的计算；S5、统计分析两类铁基超晶胞模型和施加应变时的磁性变化情况，总结出一定的规律性。2.根据权利要求1所述的一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，其特征在于，所述S1
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S5中采用密度泛函理论进行计算A2铁基合金超晶胞模型和部分无序性B2型铁基合金超晶胞模型。3.根据权利要求2所述的一种铁基合金磁性材料的电子性质及应变调控规律的预测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋金秀，张妍宁，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：