第一性原理计算：元素掺杂对L21型Ni-Mn-Ge合金性质的影响

"这篇文档是关于元素掺杂L21型Ni-Mn-Ge合金的第一次性原理计算，主要探讨了Ni和Si掺杂对该合金的电子结构、能带结构和磁性的影响。" 在现代科技领域，尤其是航空航天、通信、汽车工业和计算机技术中，对材料性能的需求不断提升，这促进了新材料的研发。Ni-Mn-Ga合金因其超弹性及大磁感生应变等特性而备受关注，但因其脆性、较低的相变温度和居里温度，限制了其实用性。Ni2MnGe作为一种铁磁性形状记忆合金，同样拥有L21型晶体结构，因此成为研究焦点。 该文采用基于密度泛函理论（DFT）的方法，具体为广义梯度近似（GGA）下的PBE-TS近似，并利用MaterailsStudio6.0软件中的CASTEP模块，对不同掺杂比例的L21型Ni-Mn-Ge合金进行了深入研究。研究对象包括Ni2+xMn1-xGe（x=0, 0.25, 0.5）和Ni2MnGe1-xSix（x=0, 0.25, 0.5, 1）的1×1×5超胞结构，通过对能量最低的超胞进行几何优化，分析了它们的能带结构和态密度。 随着Ni掺杂浓度的增加，L21型Ni2+xMn1-xGe合金在费米面附近的态密度不为零，表明这些合金具有金属性。同时，它们的磁性逐渐减弱，主要由Mn的d态贡献，且p-d杂化作用明显，但随着掺杂浓度的增加，杂化作用减弱。 对于Si掺杂的Ni2MnGe1-xSix合金，随着Si含量的增加，合金继续保持金属性，但磁性也逐渐减弱，同样主要由Mn的d态决定。所有Si掺杂的样品显示出铁磁性，而且p-d杂化作用随Si原子掺杂浓度的升高而减弱。 关键词涉及的方面包括能带结构、态密度、掺杂效应以及自旋性质，这些是理解材料电子特性和磁性的关键。本文的研究为设计和优化铁磁性形状记忆合金提供了理论依据，有助于开发出具有更优性能的新材料。