Магнітні та термоелектричні властивості сплавів Гейслера RbCaYF(Y = C та N): перспективні кандидати для вбудованих систем у телекомунікаціях
Анотація
На основі теорії функціоналу густини було проаналізовано структурні, електронні, магнітні та термоелектричні властивості нових четвертинних сплавів Гейслера d0 RbCaYF (Y = C та N) за допомогою розрахунків з перших принципів. Результати передбачають стабільне розташування атомів у фазі Y-типу (III) з феромагнітним порядком. Було виявлено, що дві сполуки є напівметалевими феромагнетиками (HMF) з цілочисельним магнітним моментом 2 µB для RbCaCF та 1 µB для RbCaNF. Спостережуваний феромагнетизм походить від поляризації p-Y орбіталей з sp2-гібридизацією. Крім того, RbCaCF та RbCaNF демонструють великі напівметалеві (HM) щілини 0,879, 0,672 еВ за допомогою узагальненого градієнтного наближення (GGA) та 1,730, 1,934 еВ відповідно за допомогою узагальненого градієнтного наближення модифікованого методу Бекке-Джонсона (GGA-mBJ), демонструючи стабільні напівметалеві характеристики. Крім того, термоелектричні властивості були розраховані в широкому діапазоні температур. Два сплави Гейслера демонструють високі значення електропровідності та коефіцієнта якості, особливо за високих температур. Сплави Гейслера RbCaCF та RbCaNF d0 мають високу спінову поляризацію, стійку напівметалевість та високі термоелектричні коефіцієнти, що робить їх хорошими кандидатами для спінтроніки та термоелектричних застосувань, що призводить до багатообіцяючих удосконалень вбудованих систем у телекомунікаціях.
Завантаження
Посилання
R.A. De Groot, F.M. Mueller, P.V. van Engen, and K.H.J. Buschow, (1983). “New class of materials: half-metallic ferromagnets,” Physical review letters, 50(25), 2024-2027 (2024). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.50.2024
P.J. Brown, K.U. Neumann, P.J. Webster, and K.R.A. Ziebeck, “The magnetization distributions in some Heusler alloys proposed as half-metallic ferromagnets,” J. Phys.Condens. Matter, 12, 1827 (2000). https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/8/325
T. Graf, C. Felser, and S.S. Parkin, “Simple rules for the understanging of Heusler compounds,” Prog. Solid State Ch. 39, 1-50 (2011). https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2011.02.001
C. Felser, I. Wollmann, S. Chadov, G.H. Fecher, and S.S. Parkin, “Basics and perspective of magnetic Heusler compounds,” APL Mater. 3, 041518 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4917387
J.M.D. Coey, M. Venkatesan, and M.A. Bari, “Half-Metallic Ferromagnets,” in: High Magnetic Fields. Lecture Notes in Physics, vol. 595, edited by C. Berthier, L.P. Lévy, and G. Martinez, (Springer-Verlag, NY, 2002), pp. 377–396. https://doi.org/10.1007/3-540-45649-X_15
I. Zutic, J. Fabian, and S.D. Sharma, “Spintronics: Fundamentals and applications,” Rev. Mod. Phys. 76, 323 (2004). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.76.323
Galanakis, Ph. Mavropoulos, and P.H. Dederichs, “Electronic structure and Slater–Pauling behaviour in half-metallic Heusler alloys calculated from first principles,” J. Phys. D: Appl. Phys. 39, 765 (2006). https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/5/S01
H. Kurt, K. Rode, M. Venkatesan, P. Stamenov, and J.M.D. Coey, “High spin polarization in epitaxial films of ferrimagnetic Mn3Ga,” Phys. Rev. B, 83, 020405(R) (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.020405; “Mn3−xGa (0 ≤ x ≤ 1): Multifunctional thin film materials for spintronics and magnetic recording,” Phys. Status Solidi B, 248, 2338 (2011). https://doi.org/10.1002/pssb.201147122
Y. Miura, K. Nagao, and M. Shirai, “Atomic disorder effects on half-metallicity of the full-Heusler alloys Co2(Cr1−xFex)Al: A first-principles study,” Phys. Rev. B, 69, 144413 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.144413
H.C. Kandpal, V. Ksenofontov, M. Wojcik, R. Seshadri, and C. Felser, “Electronic structure, magnetism and disorder in the Heusler compound Co2TiSn,” J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 1587 (2007). https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/6/S13
X. Dai, G. Liu, G.H. Fecher, C. Felser, Y. Li, and H. Liu, “New quaternary half metallic material CoFeMnSi,” J. Appl. Phys. 105, 07E901 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3062812
G.Z. Xu, E.K. Liu, Y. Du, G.J. Li, G.D. Liu, W.H. Wang, and G.H. Wu, “A new spin gapless semiconductors family: Quaternary Heusler compounds,” EPL, 102, 17007 (2013). https://doi.org/10.1209/0295-5075/102/17007
J. Drews, U. Eberz, and H. Schuster, “Optische Untersuchungen an farbigen Intermetallischen Phasen,” J. Less-Common Met. 116, 271 (1986). https://doi.org/10.1016/0022-5088(86)90235-3
Z. Charifi, T. Ghellab, H. Baaziz, and F. Soyalp, “Characterization of quaternary Heusler alloys CoFeYGe (Y= Ti, Cr) with respect to structural, electronic, magnetic, mechanical, and thermoelectric features,” International Journal of Energy Research, 46(10), 13855-13873 (2022). https://doi.org/10.1002/er.8104
Q. Gao, L. Li, G. Lei, J.B. Deng, and X.R. Hu, “A first-principle study on the properties of a new series of quaternary Heusler alloys CoFeScZ (Z= P, As, Sb),” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 379, 288-293 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.12.025
M.I. Khan, H. Arshad, M. Rizwan, S.S.A. Gillani, M. Zafar, S. Ahmed, and M. Shakil, “Investigation of structural, electronic, magnetic and mechanical properties of a new series of equiatomic quaternary Heusler alloys CoYCrZ (Z= Si, Ge, Ga, Al): A DFT study,” Journal of Alloys and Compounds, 819, 152964 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152964
F. Faid, H. Mebarki, K. Mokadem, F.M. Abdalilah, A. Benmakhlouf, M. Khatiri, and T. Helaimia, “Systematic study of structural, elastic, electronic, Magnetism and Half-metallic properties for the quaternary alloys: Heusler type VZrReZ (Z= Si, Ge and Sn),” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 172345 (2024). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172345
K. Özdoğan, E. Şaşıoğlu, and I. Galanakis, “Slater-Pauling behavior in LiMgPdSn-type multifunctional quaternary Heusler materials: Half-metallicity, spin-gapless and magnetic semiconductors,” Journal of Applied Physics, 113(19), 193903 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4805063
A. Bouabça, H. Rozale, A. Amar, X.T. Wang, A. Sayade, and A. Chahed, “First-principles study of new series of quaternary Heusler alloys CsSrCZ (Z=Si, Ge, Sn, P, As, and Sb),” J. Magn. Magn. Mater. 419, 210-217 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.06.018
J. Du, S. Dong, Y.L. Lua, H. Zhao, L.F. Feng, and L.Y. Wang, “Half-metallic ferromagnetic features in d0 quaternary-Heusler compounds KCaCF and KCaCCl: A first-principles description,” J. Magn. Magn. Mater, 428, 250-254 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.12.038
J. Du, S. Dong, X.T. Wang, H. Rozale, H. Zhao, L.Y. Wang, and L.F. Feng, “Half-metallic ferromagnetism in KCaNX (X = O, S, and Se) quaternary Heusler compounds: A first-principles study,” Superlattices Microstruct, 105, 39-47 (2017). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2016.12.055
S. Rezaei, and F. Ahmadian, “First-principles study of half-metallic properties in RbCaNZ (Z = O, S, and Se) quaternary Heusler compounds,” J. Magn. Magn. Mater, 456, 78-86 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.02.006
A. Taleb, A. Chahed, M. Boukli, H. Rozale, B. Amrani, M. Rahmoune, and A. Sayede, “Structural, magneto-electronic and thermophysical properties of the new d0 quaternary heusler compounds KSrCZ (Z= P, As, Sb),” Revista mexicana de física, 66(3), 265-272 (2020). https://doi.org/10.31349/RevMexFis.66.265
S. Gheriballah, B. Bouabdellah, A. Oughilas, M.A. Boukli, M. Rahmoune, and A. Sayede, “Investigating structure, magneto-electronic, and thermoelectric properties of the new d0 quaternary Heusler compounds RbCaCZ (Z= P, As, Sb) from first principle calculations,” Indian Journal of Pure & Applied Physics, 58, 818-824 (2020). https://doi.org/10.56042/ijpap.v58i11.32390
P. Hohenberg, and W.J.P.R. Kohn, “Inhomogeneous Electron Gas,” Phys. Rev. B, 136, B864-B871 (1964). http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.136.B864
J.P. Perdew, J.A. Chevary, S.H. Vosko, K.A. Jackson, M.R. Pederson, D.J. Singh, and C. Fiolhais, “Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation,” Phys. Rev. B, 46, 6671 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671
P. Blaha, K. Schwarz, G. K. Madsen, D. Kvasnicka, J. Luitz, et al., “WIEN2k. An augmented plane wave+ local orbitals program for calculating crystal properties,” 60, 155 (2001).
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple,” Physical review letters, 77(18), 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
J.P. Perdew, and Y. Wang, “Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy,” Phys. Rev. B, 45, 13244 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.13244
F. Tran, P. Blaha, and K. Schwarz, “Band gap calculations with Becke–Johnson exchange potential,” Journal of Physics: Condensed Matter, 19, 196208 (2007). https://doi.org/10.1088/0953-8984/19/19/196208
D. Koller, F. Tran, and P. Blaha, “Improving the modified Becke-Johnson exchange potential,” Physical Review B, 85(15), 155109 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.155109
G.K.H. Madsen, and D.J. Singh, “BoltzTraP.A code for calculating band-structure dependent quantities,” Computer Physics Communications, 175(1), 67-71 (2006). https://doi.org/10.1016/j.cpc.2006.03.007
F.D. Murnaghan, “The Compressibility of Media under Extreme Pressures,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 30, 244-247 (1944). https://doi.org/10.1073/pnas.30.9.244
E. Şaşioglu, L.M. Sandratskii, and P. Bruno, “First-principles study of exchange interactions and Curie temperatures of half-metallic ferrimagnetic full Heusler alloys Mn2V Z (Z = Al, Ge),” J. Phys.: Condens. Matter, 17, 995 (2005). https://doi.org/10.1088/0953-8984/17/6/017
T. Takeuchi, “Conditions of Electronic Structure to Obtain Large Dimensionless Figure of Merit for Developing Practical Thermoelectric Materials,” Mater. Trans. 50, 2359-2365 (2009). https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009143
Авторське право (c) 2025 Хейра Банес, Саліха Резіні, Амель Аббад, Віссам Бенстаалі, Нуреддін Саїді, Омар Беларбі
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).
