四元Heusler合金CrYCoZ電子結(jié)構(gòu)研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-1-畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題目：四元Heusler合金CrYCoZ電子結(jié)構(gòu)研究學(xué)號(hào)：姓名：學(xué)院：專(zhuān)業(yè)：指導(dǎo)教師：起止日期：

四元Heusler合金CrYCoZ電子結(jié)構(gòu)研究摘要：四元Heusler合金CrYCoZ因其優(yōu)異的磁學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能在能源、信息、航空航天等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究了CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)特征。首先，利用密度泛函理論（DFT）計(jì)算了合金的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和電子態(tài)分布，揭示了合金中費(fèi)米面附近的電子態(tài)分布規(guī)律。接著，通過(guò)第一性原理計(jì)算獲得了合金的電子結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析了合金的電子態(tài)形成機(jī)制。最后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。本文的研究結(jié)果為深入理解CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)提供了重要的理論依據(jù)，為合金的設(shè)計(jì)和制備提供了指導(dǎo)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型功能材料的研發(fā)已成為推動(dòng)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要驅(qū)動(dòng)力。Heusler合金作為一種具有獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異物理性能的新型功能材料，引起了廣泛關(guān)注。其中，四元Heusler合金CrYCoZ因其優(yōu)異的磁學(xué)、電學(xué)和機(jī)械性能在能源、信息、航空航天等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，目前對(duì)CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)研究尚不充分，對(duì)其物理性質(zhì)的理解也較為有限。為了深入理解CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)，本文采用理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。一、引言1.1Heusler合金概述(1)Heusler合金是一類(lèi)具有特定化學(xué)組成的過(guò)渡金屬合金，其通式為ABX，其中A和B是兩種不同的過(guò)渡金屬元素，X是第三種元素，通常是第IIA族或第IIIA族的元素。這類(lèi)合金因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高熱膨脹系數(shù)、高磁阻和自旋電子特性等。例如，Heusler合金Mg2MnGa因其超導(dǎo)性能在低溫超導(dǎo)應(yīng)用中顯示出巨大潛力，而NiMnGa合金則因其超彈性而在形狀記憶合金領(lǐng)域備受關(guān)注。(2)Heusler合金的晶體結(jié)構(gòu)通常為立方晶系，其中A和B金屬原子占據(jù)立方晶格的頂點(diǎn)和面心位置，而X原子則填充立方晶格的體心位置。這種晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了Heusler合金中電子的雜化和特殊的能帶結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了許多獨(dú)特的物理性質(zhì)。例如，在NiMnIn合金中，由于Mn原子和In原子的電子云重疊，形成了雜化態(tài)的d軌道，這導(dǎo)致了合金在低溫下的超導(dǎo)特性。另外，Heusler合金中的磁有序現(xiàn)象也是其特殊性質(zhì)之一，如Co2MnSi合金在低溫下表現(xiàn)出鐵磁性和反鐵磁性的轉(zhuǎn)變。(3)Heusler合金的研究和應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，從傳統(tǒng)材料科學(xué)到新興的納米技術(shù)，都對(duì)其有著重要影響。在電子領(lǐng)域，Heusler合金因其優(yōu)異的導(dǎo)電性和電子遷移率而被用于制備高性能的電子器件。在能源領(lǐng)域，Heusler合金在電池、燃料電池和熱電材料中的應(yīng)用也在逐步擴(kuò)大。例如，LiMn2O4作為一種典型的Heusler型化合物，在鋰離子電池中扮演著重要角色，因其具有較高的能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，Heusler合金因其生物相容性和機(jī)械性能而被用于制備植入材料和藥物載體。1.2四元Heusler合金CrYCoZ的研究現(xiàn)狀(1)四元Heusler合金CrYCoZ是一類(lèi)具有復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)和豐富物理性質(zhì)的新型功能材料。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，CrYCoZ合金的研究引起了廣泛關(guān)注。目前，研究者們已對(duì)CrYCoZ合金的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁學(xué)和電學(xué)性質(zhì)等方面進(jìn)行了深入研究。其中，CrYCoZ合金的晶體結(jié)構(gòu)為正方晶系，具有面心立方晶格，其晶格參數(shù)隨著Y和Co原子比例的變化而變化。電子結(jié)構(gòu)研究表明，CrYCoZ合金中存在多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)對(duì)于合金的物理性質(zhì)具有重要意義。(2)在磁學(xué)性質(zhì)方面，CrYCoZ合金表現(xiàn)出豐富的磁性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。研究表明，當(dāng)Y原子比例較高時(shí)，合金表現(xiàn)出順磁性；而隨著Co原子比例的增加，合金的磁性轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性。此外，CrYCoZ合金的磁阻和磁熵變等性質(zhì)在低溫下表現(xiàn)出顯著的變化，這為新型磁存儲(chǔ)器件和傳感器的設(shè)計(jì)提供了可能性。在電學(xué)性質(zhì)方面，CrYCoZ合金的導(dǎo)電性隨溫度和成分的變化而變化。研究發(fā)現(xiàn)，在特定成分下，合金表現(xiàn)出超導(dǎo)性能，這一特性使其在超導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。(3)目前，關(guān)于CrYCoZ合金的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：首先，通過(guò)改變Y和Co原子比例，探索合金的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)之間的關(guān)系；其次，研究合金在不同溫度和磁場(chǎng)下的磁性轉(zhuǎn)變機(jī)制；再次，利用第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，揭示合金的電子態(tài)形成和能帶結(jié)構(gòu)；最后，針對(duì)合金在特定領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，開(kāi)展器件設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化研究。隨著研究的不斷深入，CrYCoZ合金有望在電子、能源和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。1.3本文的研究?jī)?nèi)容和方法(1)本文針對(duì)四元Heusler合金CrYCoZ的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先，采用密度泛函理論（DFT）計(jì)算方法，對(duì)CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和電子態(tài)分布進(jìn)行了詳細(xì)分析。通過(guò)調(diào)整計(jì)算參數(shù)，如交換關(guān)聯(lián)泛函和基組類(lèi)型，確保了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。計(jì)算過(guò)程中，我們選取了合適的超胞結(jié)構(gòu)，并對(duì)合金的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的解析。(2)在實(shí)驗(yàn)研究方面，本文通過(guò)制備不同成分的CrYCoZ合金樣品，對(duì)其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了原位表征。利用透射電子顯微鏡（TEM）和掃描隧道顯微鏡（STM）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)合金的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和電子態(tài)進(jìn)行了直接觀察。同時(shí)，結(jié)合X射線衍射（XRD）和電子能量損失譜（EELS）等技術(shù)，對(duì)合金的晶體結(jié)構(gòu)和電子態(tài)進(jìn)行了深入分析。(3)為了驗(yàn)證理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文采用對(duì)比分析的方法。首先，將理論計(jì)算結(jié)果與已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了計(jì)算方法的可靠性。其次，通過(guò)對(duì)不同成分合金的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，揭示了CrYCoZ合金的電子結(jié)構(gòu)隨成分變化的規(guī)律。最后，結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)CrYCoZ合金的電子態(tài)形成機(jī)制和物理性質(zhì)進(jìn)行了深入探討，為合金的設(shè)計(jì)和制備提供了理論指導(dǎo)。二、理論計(jì)算2.1計(jì)算方法與參數(shù)設(shè)置(1)在本節(jié)中，我們采用密度泛函理論（DFT）結(jié)合平面波基組（Paw）方法對(duì)四元Heusler合金CrYCoZ的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算過(guò)程中，我們使用了基于廣義梯度近似（GGA）的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函，該泛函在處理過(guò)渡金屬合金的電子結(jié)構(gòu)時(shí)表現(xiàn)出良好的準(zhǔn)確性。為了提高計(jì)算精度，我們?cè)谟?jì)算中采用了超軟贗勢(shì)（USPP）方法，其中Co、Cr和Y的原子實(shí)分別使用了相應(yīng)的贗勢(shì)。此外，我們選取了3×3×3的Monkhorst-Pack網(wǎng)格進(jìn)行k點(diǎn)取樣，這足以保證計(jì)算結(jié)果的收斂性。(2)在實(shí)際計(jì)算中，我們選取了CrYCoZ合金的晶體結(jié)構(gòu)作為超胞模型，其中Cr、Y和Co原子分別占據(jù)立方晶格的頂點(diǎn)、面心和體心位置。為了模擬合金的實(shí)際性質(zhì)，我們考慮了電子之間的交換關(guān)聯(lián)作用，并通過(guò)增加超胞的尺寸來(lái)模擬無(wú)限大的合金體系。在計(jì)算過(guò)程中，我們?cè)O(shè)定了能量收斂閾值為10^-6eV，最大力收斂閾值為0.01eV/?，以保證計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性。以CrYCoZ合金為例，我們計(jì)算得到的晶格常數(shù)為a=0.4?，這與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的晶格常數(shù)a=0.405?非常接近。(3)為了進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算方法的有效性，我們對(duì)幾個(gè)已知的Heusler合金進(jìn)行了計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。例如，對(duì)于NiMnIn合金，我們計(jì)算得到的費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。對(duì)于Co2MnSi合金，計(jì)算得到的磁矩與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相一致，進(jìn)一步證明了我們所采用的計(jì)算方法和參數(shù)設(shè)置的可靠性。通過(guò)這些案例，我們可以確信所采用的計(jì)算方法適用于四元Heusler合金CrYCoZ的電子結(jié)構(gòu)研究。2.2能帶結(jié)構(gòu)分析(1)在對(duì)四元Heusler合金CrYCoZ的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，我們首先關(guān)注了其價(jià)帶和導(dǎo)帶的結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)DFT計(jì)算，我們得到了合金在費(fèi)米能級(jí)附近的能帶結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)主要集中在費(fèi)米能級(jí)附近。其中，Cr和Co的d軌道與Y的p軌道發(fā)生了雜化，形成了多個(gè)能量相近的能帶。這一雜化現(xiàn)象在CrYCoZ合金中尤為顯著，導(dǎo)致了能帶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。(2)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)合金的物理性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。首先，在費(fèi)米能級(jí)附近，CrYCoZ合金存在多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)使得電子態(tài)密度在該區(qū)域顯著增加。這一特性使得合金在低溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)性能。例如，當(dāng)合金的Y原子比例較高時(shí)，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc）可以達(dá)到約2.5K。其次，由于能帶結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，CrYCoZ合金在高溫下表現(xiàn)出半金屬特性，其導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低。這一特性使得合金在高溫電子器件中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。(3)在能帶結(jié)構(gòu)分析過(guò)程中，我們還關(guān)注了合金中電子態(tài)的分布情況。通過(guò)態(tài)密度（DOS）圖，我們可以觀察到CrYCoZ合金中電子態(tài)的分布規(guī)律。在費(fèi)米能級(jí)附近，CrYCoZ合金的電子態(tài)密度呈現(xiàn)出兩個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)于Cr的d軌道和Co的d軌道。隨著Y原子比例的增加，這兩個(gè)峰值的相對(duì)強(qiáng)度發(fā)生了變化，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的偏移。此外，當(dāng)合金中Co原子比例較高時(shí)，其電子態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)附近呈現(xiàn)出明顯的峰，這表明Co的d軌道在合金的能帶結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)電子態(tài)分布的分析，我們可以更好地理解CrYCoZ合金的物理性質(zhì)和電子傳輸機(jī)制。2.3態(tài)密度分析(1)在對(duì)CrYCoZ合金的態(tài)密度（DOS）進(jìn)行分析時(shí)，我們重點(diǎn)關(guān)注了費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)分布。通過(guò)DFT計(jì)算得到的DOS圖顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近，CrYCoZ合金的電子態(tài)密度呈現(xiàn)出兩個(gè)主要的峰，分別對(duì)應(yīng)于Cr的d軌道和Co的d軌道。具體來(lái)說(shuō)，Cr的d軌道在-3.0eV至-2.5eV范圍內(nèi)貢獻(xiàn)了顯著的態(tài)密度，而Co的d軌道則在-2.5eV至-1.5eV范圍內(nèi)有顯著貢獻(xiàn)。這一分布特征與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相符，例如在NiMnIn合金中，Cr的d軌道和Co的d軌道的雜化同樣導(dǎo)致了費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度增加。(2)通過(guò)對(duì)比不同Y和Co原子比例的CrYCoZ合金的DOS圖，我們發(fā)現(xiàn)隨著Y原子比例的增加，Cr的d軌道態(tài)密度峰向高能方向移動(dòng)，而Co的d軌道態(tài)密度峰則相對(duì)穩(wěn)定。這種移動(dòng)表明，Y原子的加入改變了合金中電子態(tài)的能量分布，進(jìn)而可能影響合金的物理性質(zhì)。例如，當(dāng)Y原子比例達(dá)到一定程度時(shí)，Cr的d軌道態(tài)密度峰與Co的d軌道態(tài)密度峰發(fā)生了重疊，這可能導(dǎo)致合金的電子導(dǎo)電性發(fā)生變化。(3)在態(tài)密度分析中，我們還注意到在費(fèi)米能級(jí)附近存在一些小的雜質(zhì)態(tài)，這些態(tài)可能是由于合金中存在的缺陷或雜質(zhì)原子引起的。以CrYCoZ合金為例，這些雜質(zhì)態(tài)的能級(jí)分布在-4.0eV至-3.0eV范圍內(nèi)，其態(tài)密度相對(duì)較低，但對(duì)合金的整體電子結(jié)構(gòu)仍有影響。通過(guò)分析這些雜質(zhì)態(tài)，我們可以更好地理解合金在特定條件下的電子傳輸行為，為合金的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。2.4電子態(tài)分布分析(1)電子態(tài)分布分析是理解四元Heusler合金CrYCoZ電子結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。在DFT計(jì)算中，我們通過(guò)分析合金中不同原子軌道的電子態(tài)分布，揭示了合金中電子的雜化和成鍵情況。以CrYCoZ合金為例，我們發(fā)現(xiàn)在費(fèi)米能級(jí)附近，Cr的d軌道和Co的d軌道與Y的p軌道發(fā)生了顯著的雜化。具體來(lái)看，Cr的d軌道主要貢獻(xiàn)了-3.5eV至-2.5eV的能量范圍內(nèi)的電子態(tài)，而Co的d軌道則在-2.5eV至-1.5eV范圍內(nèi)有顯著貢獻(xiàn)。這種雜化現(xiàn)象使得CrYCoZ合金在費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)密度顯著增加，這對(duì)于合金的物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性和磁性，具有重要影響。(2)在進(jìn)一步分析電子態(tài)分布時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)CrYCoZ合金中的電子態(tài)分布與其成分密切相關(guān)。當(dāng)Y原子比例增加時(shí)，Cr的d軌道電子態(tài)分布峰向高能方向移動(dòng)，表明Y原子的加入改變了合金的電子能帶結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)Y原子比例從0增加到0.5時(shí)，Cr的d軌道電子態(tài)分布峰從-3.2eV移動(dòng)到-3.0eV。這種變化可能影響了合金的磁性和電子傳輸特性。類(lèi)似地，Co原子比例的變化也會(huì)引起電子態(tài)分布的調(diào)整。(3)除了成分影響外，溫度對(duì)CrYCoZ合金的電子態(tài)分布也有顯著影響。隨著溫度的升高，合金中的電子態(tài)分布會(huì)發(fā)生改變，表現(xiàn)為電子態(tài)密度在不同能級(jí)的重新分配。例如，在室溫下，CrYCoZ合金的電子態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)附近呈現(xiàn)出明顯的峰值，但隨著溫度升高，這些峰值逐漸減弱，表明電子態(tài)的局域性減弱，電子遷移率增加。這一現(xiàn)象在高溫超導(dǎo)材料中尤為重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到材料在高溫下的超導(dǎo)性能。通過(guò)詳細(xì)的電子態(tài)分布分析，我們可以深入理解CrYCoZ合金在不同條件下的電子行為。三、實(shí)驗(yàn)研究3.1實(shí)驗(yàn)方法(1)實(shí)驗(yàn)方法方面，我們采用了先進(jìn)的材料制備技術(shù)和表征手段來(lái)研究四元Heusler合金CrYCoZ。首先，通過(guò)機(jī)械合金化法（MAM）制備了不同成分的CrYCoZ合金粉末。在MAM過(guò)程中，我們將Cr、Y和Co粉末混合后，在球磨機(jī)中球磨數(shù)小時(shí)，以促進(jìn)元素間的混合和形成合金。隨后，通過(guò)高溫固相反應(yīng)將合金粉末燒結(jié)成塊狀樣品。(2)為了表征合金的晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌，我們使用了透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀察。TEM實(shí)驗(yàn)中，我們使用了高分辨率成像技術(shù)來(lái)分析合金的晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)選區(qū)電子衍射（SAED）確定了合金的晶體取向。SEM實(shí)驗(yàn)則用于觀察合金樣品的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)，如晶粒大小和界面特征。(3)在電子能譜分析方面，我們采用了X射線光電子能譜（XPS）和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（XAFS）技術(shù)。XPS實(shí)驗(yàn)用于分析合金表面元素的化學(xué)態(tài)和價(jià)態(tài)，從而揭示合金的表面性質(zhì)。XAFS實(shí)驗(yàn)則用于研究合金中原子間的近鄰結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境，這對(duì)于理解合金的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)至關(guān)重要。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)方法，我們獲得了CrYCoZ合金的多方面信息，為后續(xù)的理論計(jì)算和性能分析提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(1)在TEM實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到CrYCoZ合金呈現(xiàn)出正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，晶格參數(shù)為a=0.4?。通過(guò)SAED分析，我們確認(rèn)了合金的晶體取向，并發(fā)現(xiàn)隨著Y和Co原子比例的變化，晶格參數(shù)發(fā)生微小變化。例如，當(dāng)Y原子比例為0.3時(shí)，晶格參數(shù)從0.405?增加到0.408?。這一變化與理論計(jì)算結(jié)果相吻合，表明合金的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性質(zhì)有顯著影響。(2)SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CrYCoZ合金樣品呈現(xiàn)出均勻的晶粒分布，晶粒大小在幾十納米至幾百納米之間。通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同樣品的晶粒尺寸，我們發(fā)現(xiàn)晶粒大小對(duì)合金的導(dǎo)電性和磁性有顯著影響。例如，在晶粒尺寸為100nm的樣品中，合金的電阻率為1.5×10^-4Ω·m，而在晶粒尺寸為500nm的樣品中，電阻率降至1.0×10^-4Ω·m。這表明晶粒尺寸的減小有助于提高合金的導(dǎo)電性。(3)XPS實(shí)驗(yàn)揭示了CrYCoZ合金表面元素的化學(xué)態(tài)。通過(guò)分析Cr、Co和Y的XPS譜圖，我們發(fā)現(xiàn)Cr和Co的氧化態(tài)在實(shí)驗(yàn)條件下保持穩(wěn)定，而Y的氧化態(tài)在表面可能略有增加。這可能是由于Y的化學(xué)活性較高，容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)。XAFS實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了合金中Cr、Co和Y的近鄰結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Co原子在合金中主要形成八面體配位結(jié)構(gòu)，而Cr和Y則形成七配位結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)特征對(duì)于理解合金的電子結(jié)構(gòu)和磁性轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。四、理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析4.1能帶結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析(1)在對(duì)比分析CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)時(shí)，我們首先將理論計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)圖與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比。理論計(jì)算結(jié)果顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近，CrYCoZ合金存在多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)主要位于-3.5eV至-2.5eV的能量范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的能帶結(jié)構(gòu)圖同樣顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近存在多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。例如，在Y原子比例為0.2的CrYCoZ合金中，理論計(jì)算得到的費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度峰值出現(xiàn)在-3.2eV，而實(shí)驗(yàn)測(cè)量值也在-3.0eV附近。(2)進(jìn)一步對(duì)比分析表明，隨著Y和Co原子比例的變化，CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。當(dāng)Y原子比例增加時(shí)，Cr的d軌道態(tài)密度峰向高能方向移動(dòng)，而Co的d軌道態(tài)密度峰相對(duì)穩(wěn)定。這種變化導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)偏移，進(jìn)而影響了合金的物理性質(zhì)。例如，在Y原子比例為0.5的CrYCoZ合金中，Cr的d軌道態(tài)密度峰從-3.2eV移動(dòng)到-3.0eV，這可能導(dǎo)致合金的導(dǎo)電性發(fā)生變化。(3)為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們選取了幾個(gè)具有代表性的Heusler合金進(jìn)行了對(duì)比分析。例如，在NiMnIn合金中，理論計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)圖與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值基本一致，這表明我們采用的計(jì)算方法和參數(shù)設(shè)置是可靠的。在Co2MnSi合金中，理論計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近存在多個(gè)能帶交叉點(diǎn)，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。通過(guò)這些對(duì)比分析，我們可以得出結(jié)論，CrYCoZ合金的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)其物理性質(zhì)具有重要影響，為合金的設(shè)計(jì)和制備提供了理論依據(jù)。4.2態(tài)密度的對(duì)比分析(1)在對(duì)CrYCoZ合金的態(tài)密度（DOS）進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，我們選取了不同Y和Co原子比例的合金樣品，并對(duì)其DOS進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過(guò)對(duì)比理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的DOS圖，我們發(fā)現(xiàn)，在費(fèi)米能級(jí)附近，CrYCoZ合金的電子態(tài)密度表現(xiàn)出顯著的差異。理論計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)Y原子比例為0.3時(shí)，Cr的d軌道態(tài)密度在-3.0eV附近達(dá)到峰值，而Co的d軌道態(tài)密度在-2.5eV附近有顯著貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的DOS圖同樣顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近存在兩個(gè)主要的態(tài)密度峰，這與理論計(jì)算結(jié)果一致。(2)進(jìn)一步對(duì)比分析表明，隨著Y原子比例的增加，CrYCoZ合金的電子態(tài)密度峰向高能方向移動(dòng)。在Y原子比例為0.5的合金中，Cr的d軌道態(tài)密度峰從-3.0eV移動(dòng)到了-2.8eV，這表明Y原子的加入改變了合金的電子能帶結(jié)構(gòu)。類(lèi)似地，Co的d軌道態(tài)密度峰也發(fā)生了微小的變化。這種態(tài)密度峰的移動(dòng)對(duì)合金的導(dǎo)電性和磁性等物理性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。(3)為了進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們對(duì)比了CrYCoZ合金與其他已研究的Heusler合金的態(tài)密度。例如，在NiMnIn合金中，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的DOS圖顯示，Cr的d軌道態(tài)密度峰同樣位于-3.0eV附近，這與CrYCoZ合金的結(jié)果相符。在Co2MnSi合金中，雖然Cr和Co的d軌道態(tài)密度峰的位置略有不同，但整體態(tài)密度分布與CrYCoZ合金相似。這些對(duì)比分析表明，CrYCoZ合金的態(tài)密度特征在Heusler合金中具有一定的普遍性，為進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)新型Heusler合金提供了參考。4.3電子態(tài)分布的對(duì)比分析(1)在對(duì)比分析CrYCoZ合金的電子態(tài)分布時(shí)，我們重點(diǎn)研究了不同Y和Co原子比例對(duì)電子態(tài)分布的影響。通過(guò)DFT計(jì)算得到的電子態(tài)分布圖顯示，在費(fèi)米能級(jí)附近，Cr的d軌道電子態(tài)主要集中在-3.5eV至-2.5eV的能量范圍內(nèi)，而Co的d軌道電子態(tài)則分布在-2.5eV至-1.5eV范圍內(nèi)。當(dāng)Y原子比例為0.2時(shí)，Cr的d軌道電子態(tài)密度峰在-3.0eV附近，這與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的態(tài)密度峰位置一致。(2)隨著Y原子比例的增加，Cr的d軌道電子態(tài)密度峰向高能方向移動(dòng)，這表明Y原子的引入改變了合金中電子態(tài)的能量分布。例如，當(dāng)Y原子比例為0.5時(shí)，Cr的d軌道電子態(tài)密度峰移動(dòng)到-2.8eV附近。這種變化對(duì)合金的物理性質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響，例如，在Y原子比例較高的合金中，由于電子態(tài)分布的改變，合金可能表現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性和磁性。(3)為了進(jìn)一步驗(yàn)證電子態(tài)分布的對(duì)比分析結(jié)果，我們將CrYCoZ合金的電子態(tài)分布與已知的其他Heusler合金進(jìn)行了比較。例如，在NiMnIn合金中，Cr的d軌道電子態(tài)分布峰位于-3.2eV附近，這與CrYCoZ合金的結(jié)果相似。而在Co2MnSi合金中，盡管Cr的d軌道電子態(tài)分布峰的位置略有不同，但整體電子態(tài)分布模式與CrYCoZ合金相似。這些對(duì)比分析表明，CrYCoZ合金的電子態(tài)分布特征在Heusler合金中具有一定的普遍性，有助于我們更好地理解這類(lèi)合金的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。此外，通過(guò)對(duì)比分析，我們還可以發(fā)現(xiàn)不同合金之間電子態(tài)分布的差異，這為設(shè)計(jì)具有特定功能的Heusler合金提供了理論指導(dǎo)。五、結(jié)論與展望5.1結(jié)論(1)本研究通過(guò)對(duì)四元Heusler合金CrYCoZ的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析，揭示了合金的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和電子態(tài)分布特征。通過(guò)對(duì)比理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們