Обчислювальне дослідження структурних, електронних та магнітних властивостей сплаву L10-FeNi, легованого Si для чистої енергетики
Анотація
У цьому дослідженні вперше проведено обчислювальний аналіз із застосуванням теорії функціоналу густини (DFT) для дослідження впливу легування кремнієм як дефектів заміщення на структурні, електронні та магнітні характеристики сплаву L10-FeNi. Мета цього дослідження полягала в тому, щоб вивчити потенційні можливості застосування легованих кремнієм сполук FeNi як альтернативи рідкоземельним постійним магнітам. Для цього ми виконали розрахунки повного потенціалу L10-FeNi із замісним легуванням кремнієм у межах узагальненого градієнтного наближення. Досліджено два типи замісного легування кремнієм (ONi/OFe) у центрі Ni/Fe вихідного сплаву. Обчислена енергія формування (Ef) вказує на те, що включення дефектів кремнію підвищує структурну стабільність тетрагонально спотвореного L10-FeNi. Крім того, наші результати демонструють, що FeNi:Si(ONi) у структурі L10 має стабільну намагніченість насичення (Ms), тоді як FeNi:Si (OFe) має невелике зниження Ms. Таким чином, сплави FeNi із заміщенням кремнію можна налаштувати, щоб стати хорошим кандидатом на постійні магніти.
Завантаження
Посилання
J. Ormerod, Permanent magnet markets and applications. In Modern Permanent Magnets, (Woodhead Publishing, 2022), pp. 403-434.
A.H. King, and R.G. Eggert, Critical materials for permanent magnets. In Modern Permanent Magnets, (Woodhead Publishing, 2022), pp. 343-370.
J.M.D. Coey, “Perspective and prospects for rare earth permanent magnets,” Engineering, 6(2), 119-131 (2020). https://doi.org/10.1016/j.eng.2018.11.034
Z. Shao, and S. Ren, “Rare-earth-free magnetically hard ferrous materials,” Nanoscale Adv. 2(10), 4341-4349 (2020). https://doi.org/10.1039/D0NA00519C
A. H. King, and R. G. Eggert, Critical materials for permanent magnets. In Modern Permanent Magnets, (Woodhead Publishing, 2022), pp. 343-370, https://doi.org/10.1016/B978-0-323-88658-1.00003-0
H. Sepehri-Amin, S. Hirosawa, and K. Hono, “Advances in Nd-Fe-B based permanent magnets,” in: Handbook of magnetic materials, 27, 269-372 (2018). https://doi.org/10.1016/bs.hmm.2018.08.003
O. Gutfleisch, M.A. Willard, E. Brück, C.H. Chen, S.G. Sankar, and J.P. Liu, “Magnetic materials and devices for the 21st century: stronger, lighter, and more energy efficient,” Advanced materials. 23(7), 821-842 (2011). https://doi.org/10.1002/adma.201002180
S. Mandal, M. Debata, P. Sengupta, and S. Basu, “L_10 FeNi: a promising material for next generation permanent magnets,” Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 48(6), 703-725 (2023). https://doi.org/10.1080/10408436.2022.2107484
T.Y. Tashiro, M. Mizuguchi, T. Kojima, T. Koganezawa, M. Kotsugi, T. Ohtsuki, and K. Takanashi, “Structural and magnetic properties of FeNi thin films fabricated on amorphous substrates,” Journal of Applied Physics, 117(17), 17E309 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4913935
S. Mandal, A. Panigrahi, A. Rath, M. Bönisch, P. Sengupta, M. Debata, and S. Basu, “Formation of 〖L1〗_0 Ordering in FeNi by Mechanical Alloying and Field-Assisted Heat Treatment: Synchrotron XRD Studies,” Acs Omega, 8(15), 13690-13701 (2023). https://doi.org/10.1021/acsomega.2c07869
E.R. Scott, “Iron meteorites: Composition, age, and origin,” in: Oxford Research Encyclopedia of Planetary Science, (2020).
N. Meftah, S. Mostefaoui, A. Jambon, E.H. Guedda, and S. Pont, “Minor and trace element concentrations in adjacent kamacite and taenite in the Krymka chondrite,” Meteorit. Planet. Sci. 51(4), 696-717 (2016). https://doi.org/10.1111/maps.12617
N. Maât, I. McDonald, R. Barua, B. Lejeune, X. Zhang, G.M. Stephen, A. Fisher, et al., “Creating, probing and confirming tetragonality in bulk FeNi alloys,” Acta Materialia, 196, 776-789 (2020). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.019
Y. Miura, S. Ozaki, Y. Kuwahara, M. Tsujikawa, K. Abe, and M. Shirai, “The origin of perpendicular magneto-crystalline anisotropy in L_10–FeNi under tetragonal distortion,” Journal of physics: Condensed matter, 25(10), 106005 (2013), https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/10/106005
I.Z. Hlova, O. Dolotko, M. Abramchuk, A. Biswas, Y. Mudryk, and V.K. Pecharsky, “Enhancement of hard magnetism and chemical order of synthetic L_10-FeNi,” J. Alloys Compd. 981, 173619 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.173619
S. Mandal, A. Panigrahi, A. Rath, M. Bönisch, P. Sengupta, M. Debata, and S. Basu, “Formation of 〖L1〗_0 Ordering in FeNi by Mechanical Alloying and Field-Assisted Heat Treatment: Synchrotron XRD Studies,” Acs Omega, 8(15), 13690-13701 (2023). https://doi.org/10.1021/acsomega.2c07869
F. Meneses, A. Pedernera, C. Blanco, N. Bajales, S.E. Urreta, and P.G. Bercoff, “〖L1〗_0-FeNi ordered phase in AC electrodeposited iron-nickel biphasic nanowires,” Journal of Alloys and Compounds, 766, 373-381 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.06.307
M. Ali, and F. Ahmad, “A review of processing techniques for Fe-Ni soft magnetic materials,” Materials and Manufacturing Processes, 34(14), 1580-1604 (2019). https://doi.org/10.1080/10426914.2019.1662038
P. Rani, J. Thakur, A. Taya, and M.K. Kashyap, “Magnetocrystalline anisotropy of Pt-doped 〖L1〗_0-FeNi compound for clean energy applications,” Vacuum, 159, 186-190 (2019). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.10.023
P. Manchanda, R. Skomski, N. Bordeaux, L.H. Lewis, and A. Kashyap, “Transitionmetal and metalloid substitutions in 〖L1〗_0-ordered FeNi,” J. Appl. Phys. 115, 17A710 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4862722
P. Rani, R. Singla, J. Thakur, A.H. Reshak, and M.K. Kashyap, “Enhancement in magnetic parameters of 〖L1〗_0-FeNi on Pd-substitution for permanent magnets,” Indian J. Phys. 97, 67–72 (2023). https://doi.org/10.1007/s12648-021-02221-y
P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz, R. Laskowski, F. Tran, and L.D. Marks, WIEN2k an Augmented Plane Wave þ Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties, Revised Edition WIEN2k, 19.1, (Vienna University of Technology, Vienna, Austria, 2019).
M. Weinert, E. Wimmer, and A.J. Freeman, “Total-energy all-electron density functional method for bulk solids and surfaces,” Phys. Rev. B, 26, 4571 (1982). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.26.4571
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple,” Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
A. Edström, J. Chico, A. Jakobsson, A. Bergman, and J. Rusz, “Electronic structure and magnetic properties of 〖L1〗_0 binary alloys,” Physical Review B, 90(1), 014402 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.014402
W. Marks, “Multicriteria optimisation of shape of energy-saving buildings,” Building and environment, 32(4), 331-339 (1997). https://doi.org/10.1016/S0360-1323(96)00065-0
F.D. Murnaghan, “The compressibility of media under extreme pressures,” Proceedings of the National Academy of Sciences, 30(9), 244-247 (1944). https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.24
M. Mizuguchi, T. Kojima, M. Kotsugi, T. Koganezawa, K. Osaka, and K. Takanashi, “Artificial fabrication and order parameter estimation of L_10-ordered FeNi thin film grown on a AuNi buffer layer,” Journal of the Magnetics Society of Japan, 35(4), 370 373 (2011). https://doi.org/10.3379/msjmag.1106R008
P. Rani, J. Thakur, A. Taya, and M. K. Kashyap, “Effect of tetragonal distortion induced by interstitial C-doping in 〖L1〗_0-FeNi,” AIP Conference Proceedings, 2115(1), 030497 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5113336
E. Poirier, F.E. Pinkerton, R. Kubic, R.K. Mishra, N. Bordeaux, A. Mubarok, L.H. Lewis, et al., “Intrinsic magnetic properties of L10 FeNi obtained from meteorite NWA 6259,” Appl. Phys. 117, 17E318 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4916190
Авторське право (c) 2024 Зінеб Зіне, Нассіма Мефтах
![Ліцезія Creative Commons](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).