合金碳化物M₂₃C₆的磁性及磁致磁性

游志强^1,2,3，侯廷平^1,2,3，林恒福^1,2,3，吴开明^1,2,3

1. 武汉科技大学理学院2. 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室3. 武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心

摘 要：利用第一性原理研究了碳化物M₂₃C₆（M=Fe, Cr）的晶胞结构、磁矩和态密度,并结合魏氏分子场理论分析了磁场作用下一些碳化物的磁致磁性。结果显示:Fe₂₀Cr₃C₆碳化物中的Fe3和Fe4原子连接组成稳定的晶格框架,Cr1、Cr2和C原子位于框架中心;Fe₂₀Cr₃C₆的磁性主要来源于Fe和Cr原子的3 d轨道贡献,并且贡献的方向相反,Fe₂₃C₆和Fe₂₀Cr₃C₆中存在sp和pd轨道杂化;Fe₂₀Cr₃C₆中具有负磁矩的Cr原子,削弱了紧邻Fe原子以及碳化物整体的磁矩;磁场作用下,碳化物的铁磁态相区扩大,磁矩增大。最终发现,碳化物M₂₃C₆在中温相变时依旧保持着较强的磁性,且磁场诱导磁性增加,可以预测,强磁场能够改变碳化物M₂₃C₆的析出稳定性。上述工作揭示了强磁场和温度耦合作用下复杂碳化物的结构、磁性及其稳定性影响的内在关联机制。

关键词：第一性原理;合金碳化物;磁性;态密度;磁致磁性;