سبائك هايسلر هي عائلة واسعة تضم حوالي ثلاثة آلاف مركب، اكتشفها فريتز هايسلر في عام 1903 من خلال مثال Cu2MnAl. منذ عام 1983، عندما تنبأ دي غروت وزملاؤه بشبه المعدنية لـ NiMnSb، أصبحت هذه المواد ميدانًا للإلكترونيات المغزلية، وهي إلكترونيات تعتمد ليس فقط على الشحنة ولكن أيضًا على مغزل الإلكترون. حول هذا العمل في أرشيفنا، توجد دراسات حول الخصائص المغناطيسية للبلورات الطبقية والحلقات الكمومية والسبائك ذات الشبكة المنحرفة، وكلها تبحث عن مغناطيسية قابلة للتحكم في المادة الصلبة. تتميز Co2FeGe بأنها درست تجريبيًا أيضًا: تم صهر العينة في فرن قوسي، وقياس المغنطة، وتم الحصول على درجة حرارة كوري 1060 كلفن، وهي أعلى من درجة حرارة العديد من المغناطيسات الصناعية.
طبق المؤلفون طريقة الكثافة الوظيفية (DFT) في إطار كود AKAI-KKR، وهو كود يعتمد على طريقة كورينغا-كون-روستوكر، التي تصف بدقة البنية الإلكترونية للبلورات. بالنسبة للدالة التبادلية الارتباطية، تم اختيار تقريب التدرج المعمم (GGA). أولاً، تم إجراء تحسين بنيوي: تغيير حجم الخلية والبحث عن الحد الأدنى للطاقة الكلية، والذي أعطى معامل شبكة اتزان قدره 5.700 أنغستروم وطاقة قدرها −12274.47513 ريدبرغ. ثم، لهذه الهندسة، تم حساب البنية النطاقية على طول خطوط التماثل العالية لمنطقة بريلوين الأولى وكثافات الحالات، الكلية والجزئية لكل من Fe وCo وGe بشكل منفصل حسب القنوات المغزلية.
معامل الشبكة المتوازن 5.700 أنغستروم يختلف عن القيمة التجريبية 5.738 أنغستروم بنسبة 0.7% فقط، وهي دقة نموذجية لتقريب GGA. يُظهر البنية النطاقية تداخلًا بين نطاق التكافؤ ونطاق التوصيل في كلتا القناتين المغزليتين: عند مستوى فيرمي توجد كثافة حالات ملحوظة، مما يعني أن المادة معدن وليست عازلًا. عدم التماثل المغزلي لكثافة الحالات كبير جدًا: بالنسبة للحديد والكوبالت، تقع قمم المغزل الأعلى أسفل مستوى فيرمي، بينما تقع قمم المغزل الأسفل أعلاه. هذا الانقسام التبادلي لنطاقات d هو مصدر العزم المغناطيسي. تُظهر كثافات الحالات الجزئية أن الجرمانيوم لا يساهم تقريبًا بالقرب من مستوى فيرمي، وقنواته المغزلية متماثلة، فهو غير مغناطيسي. على عكس الأعمال السابقة التي استخدمت GGA+U وتنبأت بشبه معدنية، هنا بالنسبة للمغزل الأسفل تبقى كثافة حالات صغيرة ولكنها غير صفرية عند مستوى فيرمي، لذلك فإن Co2FeGe هو مغناطيس حديدي معدني وليس شبه معدن مثالي.
يأتي هذا العمل في السياق العام لدراسات سبائك هايسلر المغناطيسية، لكنه يتميز بالطريقة: بدلاً من GGA+U الشائع مع معامل U القابل للضبط، تم استخدام GGA نقي في كود AKAI-KKR. وهذا يعطي تقييمًا مستقلًا للبنية الإلكترونية ويظهر أن الفجوة شبه المعدنية التي وجدت سابقًا حساسة لطريقة معالجة الارتباطات. الأعمال المجاورة في الأرشيف تبحث أيضًا عن المغناطيسية في البلورات، ولكن على أجسام أخرى: البنى الطبقية، الحلقات، الشبكات المنحرفة. هنا لدينا سبيكة هايسلر كاملة كلاسيكية بدرجة حرارة كوري عالية، مما يجعلها نظامًا نموذجيًا مناسبًا لاختبار مخططات الحساب.
الخطوة التالية الطبيعية هي حساب باستخدام دوال هجينة أو طريقة GW، لوصف الانقسام التبادلي وموقع مستوى فيرمي بدقة أكبر. يمكن أيضًا إدخال استقطاب مغزلي للحاملات وتقدير قيمته، وهو معامل رئيسي لأجهزة الإلكترونيات المغزلية. من المثير للاهتمام اختبار تأثير الانحراف الطفيف عن القياس الكيميائي أو استبدال الجرمانيوم بالسيليكون أو القصدير: قد يفتح ذلك فجوة شبه معدنية حقيقية.
النتائج مفيدة لتطوير الوصلات النفقية المغناطيسية وحاقنات المغزل، حيث نحتاج إلى أقطاب مغناطيسية حديدية بدرجة حرارة كوري عالية وبنية إلكترونية يمكن التنبؤ بها.
مقارنة حسابات GGA مع قياسات مطيافية الانبعاث الضوئي بدقة زاوية (ARPES) على أغشية Co2FeGe فوق المحور؛ وإجراء حسابات للاستقطاب المغزلي عند مستوى فيرمي.
بالنسبة لفيزياء المادة المكثفة، يبقى السؤال مفتوحًا: لماذا بعض سبائك هايسلر هي أشباه معادن مثالية، بينما البعض الآخر، مثل Co2FeGe في هذا الحساب، قريب فقط من ذلك؟ فهم دور الارتباطات والتهجين لحالات d سيساعد في التحكم في الاستقطاب المغزلي دون معاملات قابلة للضبط.
هذا القسم موجَّه إلى مؤلف العمل وزملائه. الأعمال المجاورة عثر عليها بحثٌ دلالي في أرشيفنا، لا بتطابق الكلمات. نحن لا نقيّم العمل: نعرض الحقل من حوله.
ماذا يفعل هذا العمل
تتناول هذه الدراسة حساب البنية الإلكترونية والخصائص المغناطيسية لسبيكة هيسلر Co2FeGe باستخدام طريقة DFT في كود AKAI-KKR مع GGA. تم الحصول على معامل الشبكة المتوازن 5.700 أنجستروم، والبنية النطاقية وكثافات الحالات، وأظهرت النتائج مغناطيسية حديدية معدنية مع تباين مغزلي قوي في حالات d لكل من Co وFe.
أين تكمن قوته
التقييم المستقل للبنية الإلكترونية باستخدام GGA نقي دون معامل تصحيح U يظهر حساسية التنبؤ بشبه المعدنية لطريقة الحساب، وهو أمر قيم لمعايرة الأساليب النظرية.
إلى أين يمكن المضي
يستحق التجربة
لماذا قد يكون هذا مهمًا
فهم حساسية البنية الإلكترونية لسبائك هيسلر لطريقة الحساب مهم للتصميم التنبؤي لمواد الإلكترونيات المغزلية.
أعمال قريبة في أرشيفنا
الأرشيف خالٍ حول هذا العمل: أقرب تحليل عند 0.51 فقط، مقابل 0.64 المعتادة. يبدو أن الحفر بجواره كان نادرًا.
درجة حرارة كوري لـ Co2FeGe هي 1060 كلفن. وهذا أعلى من درجة حرارة الحديد النقي (1043 كلفن)، أي أن السبيكة تبقى مغناطيسية عند درجات حرارة يفقد فيها الحديد مغنطته.