Cr2YB（Y=Ag，Zn）三元合金的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

李麗君 張冬梅 孫超凡 侯勃 李治明 馮磊

摘? ?要：為探索新的三元合金，基于第一性原理研究了Cr2ZnB和Cr2AgB合金的結(jié)構(gòu)和性能。本文利用CALYPSO軟件，優(yōu)化得到 Cr2AgB的晶體結(jié)構(gòu)屬于空間群P-3m1，晶格參數(shù)是a=b=2.8256，c=6.8392，其總態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)表明此晶體為金屬導(dǎo)體，且有磁性。Cr2ZnB的晶體結(jié)構(gòu)也屬于空間群P-3m1，晶格參數(shù)是a=b=2.97300，c=6.02320 ，其總態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)表明此晶體也為金屬導(dǎo)體，且有磁性。

關(guān)鍵詞：三元合金? 能帶結(jié)構(gòu)? 態(tài)密度? CALYPSO

中圖分類號：TG146.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0095-02

材料科學(xué)的發(fā)展是衡量人類文明發(fā)展水平的重要標(biāo)志。具有特殊性質(zhì)的新型功能材料的發(fā)現(xiàn)通常會推動科技領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。新材料的進(jìn)步推進(jìn)高科技行業(yè)的迅速發(fā)展，如能源、通訊、高性能計算、航空航天等領(lǐng)域。高有序晶體結(jié)構(gòu)的材料具有非常豐富的物理性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，它是目前新型功能材料發(fā)展的一個熱門方向。材料計算是研究新材料的理論指導(dǎo)，能夠?yàn)樾虏牧系难邪l(fā)指明方向，大大提高研究效率。CALYPSO （Crystal Structure Analysis by Particle Swarm Optimization） 是由吉林大學(xué)的馬琰銘教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一款基于粒子群優(yōu)化算法的晶體預(yù)測軟件，CALYPSO軟件的結(jié)構(gòu)馳豫通過調(diào)用Vasp、Pwscf、Castep、Gaussian等軟件實(shí)現(xiàn)。CALYPSO可計算出給定材料的多種可能結(jié)構(gòu)，針對其幾何優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步計算最低能量等性質(zhì)。

本文利用CALYPSO軟件研究了Cr2YB（Y=Ag，Zn）合金的結(jié)構(gòu)，探尋尚未被研究的新的Heusler合金。

1? 計算結(jié)果

優(yōu)化后的Cr2AgB晶體為六方晶體，為P-3m1結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)是a=b=2.8256，c=6.8392，原子占位為：Cr1（0.333333，0.666667，0.837650），Cr2（0.666667，0.333333，-0.837650），Ag（0，0，0.5），B（0，0，0）。合金中的兩個Cr原子具有不同的配位數(shù)，故其性質(zhì)完全不同。

計算得到的總的態(tài)密度（DOS）如圖1所示，圖中的費(fèi)米能級是非零的，因此該合金為金屬導(dǎo)體。虛線將費(fèi)米能級分開上下兩部分，上、下兩部分不對稱，說明該晶體有磁性。圖2為Cr2AgB在布里淵區(qū)沿高對稱方向的能帶。導(dǎo)帶與價帶重疊，費(fèi)米能級通過重疊區(qū)域，也表明其導(dǎo)電性，這與態(tài)密度圖顯示的結(jié)果一致。

經(jīng)計算，Cr2ZnB晶體為P-3m1結(jié)構(gòu)，是六方晶體，其晶格參數(shù)為a=b=2.8818， c=6.5699，原子占位如下：Cr1（0.333333，0.666667，0.675380），Cr2（0.666667，0.333333，-0.675380），Zn（0，0，0），B（0，0，0.5）。合金中的兩個Cr原子具有不同的配位數(shù)，故其性質(zhì)完全不同。

Cr2ZnB的總的態(tài)密度見圖3。由于費(fèi)米能級是非零的，上下兩部分的形狀不對稱，所以Cr2ZnB晶體是具有磁性的金屬導(dǎo)體。圖4為Cr2ZnB在布里淵區(qū)沿高對稱方向的能帶。導(dǎo)電帶與價帶重疊，表現(xiàn)出導(dǎo)電性。

2? 結(jié)語

本文利用CALYPSO軟件研究了Cr2AgB 和Cr2ZnB合金。計算得到Cr2AgB和Cr2ZnB均為具有P-3m1結(jié)構(gòu)的新的三元合金，其電子分布情況，顯示這兩種晶體均為有磁性的金屬導(dǎo)體。如果有實(shí)驗(yàn)條件，未來通過實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步的研究，驗(yàn)證和發(fā)現(xiàn)其更多有價值的性質(zhì)。

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