·388+ 北京科技大学学报 2004年第4期 随着合金中Ga含量的增加，FeGa样品的饱和磁 很小，剩磁和矫顽力都很低，这是软磁材料的基 化强度逐渐减小，由FeGa6的184Amkg减小到 本特征，合金磁性参数如表1所示 Fe.Ga.的130Amkg.Fe和FeGa合金的磁滞都 随着G含量的增加，合金的晶格常数增大， 表1Fe和FeGa合金的晶格常数和磁性能参数 Table 1 Lattice parameter and magnetic properties of Fe and Fe-Ga alloys 材料 品格常数/A 饱和磁化强度，o(Amkg)剩磁，M,(Amkg') 娇顽力，H/CkAm') Fe 2.8660 219.6 0.4503 0.4503 FeaGais 2.8955 184.7 0.2634 0.2658 FenGan 2.9042 181.7 0.5142 0.4813 FenGau 2.9080 174.7 2.2090 0.3522 FenGau 2.9131 172.3 0.4460 0.7774 FenGan 2.9162 154.3 2.0870 0.3522 FersGas 2.9181 130.0 1.5490 0.7410 将Fe的晶格常数以及磁性参数带入公式μ= Ao. 当非磁性的Ga原子加入到Fe中时，形成Fe 可以计算出Fe的原子磁矩为侧： Ga固溶体，固溶体内各原子的结合是金属的结 H=0-=2.036x10-Am 合，原子内的外层电子比较自由，不限制在一个 特定的原子内，而可以在近邻各原子之间游动， 其中，A为原子质量，N。为1mol物质的原子数 由于电子是非局域的，3d过渡金属原子的磁矩大 (6.025×10).由此可以得到单个铁原子的平均磁 小都不是整数，只能用能带理论来解释，依据 矩（有效玻尔磁子数）%=台-2.204,4=9.273x Slater J C关于过渡金属原子磁矩是非整数的量 10-2“Am,B为玻尔磁子. 子理论的解释，在过渡金属的3d能带中，考虑到 a-Fe为体心立方，每个单胞中含有2个Fe 电子之间的交换作用，3d能带劈裂为3d,3d两个 原子，Fe中掺入Ga原子后，形成替代式固溶体. 次能带，正负自旋次能带中空穴的差值造成了 对于FewGa6合金，饱和磁化强度184.7Am/kg,可 Fe,Co,Ni的原子的有效玻尔磁子数分别为2.24， 以计算出单胞中的原子磁矩：4=g=3.56×10” 1.74,0.6a.FeGa合金中，由于3d和4是混合带， No Am,单胞中的原子平均磁矩（有效玻尔磁子数） G阳原子的外层电子可以补充或减小各能带中的 %=台-1.92. 电子分布.对于Slater关于铁磁性合金有效磁矩 的解释，铁磁性合金的平均磁矩是外层电子数的 由于16%的Fe原子被Ga原子替代，考虑到 函数，且满足斯莱特一泡利(Slater-Pauling)曲线， Ga为非磁性离子，FeGa合金中磁矩主要是Fe的 对于F合金原子磁矩的计算，其原子磁矩减少 磁矩贡献.FeuGais单胞中的铁原子平均磁矩（有 的规律可用下式表示： 效玻尔磁子数)%=片=2.29 4m=2.2-naM 采用同样方法可以得到G含量（原子分数） 式中，n为加入金属和Fe的电子数差，aw为加入金 分别为17%，18%，19%，21%，25%的FeGa合金的 属的浓度， 平均原子磁矩和Fe的原子磁矩，如表2所示. 依据此式，FeGa合金的原子有效玻尔磁子 表2FeGa合金的密度和平均原子磁矩 数如图3所示，从图中可以看出，斯莱特一泡利曲 Table 2 Mean magnetic moment per atom and density of 线和实验值相比存在较大的误差，其中原因可能 Fe-Ga alloys 是斯莱特一泡利曲线适合于周期表上相互接近 材料平均原子磁矩aFe原子磁矩a密度/t~m) 的元素组成的合金，搀杂元素的4s,3d能带上的 FeuGais 1.92 2.29 7.9977 电子和基体元素3d能带上的电子能量较为接近， FenGan 1.89 2.30 8.0152 从而4s,3d能带上的电子可以选择较低能量的3d FepGau 1.82 2.23 8.0275 FenGais 1.80 2.23 8.0327 能带，改变Fe的3d能带上电子的填充浓度，对于 FenGaz 1.62 2.05 8.0646 FeGa合金，原子序数相差5,4s,4p能带上的电子 FenGay 1.38 1.94 8.1214 不能全部跑到Fe原子的3d能带上，与斯莱特-北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 随着 合 金 中 含 量 的增 加 ， 一右 样 品 的饱和 磁 化 强度 逐渐 减 小 ， 由 ， ‘ 的 瓜 减 小 到 岛， 氏， 的 和 右 合 金 的磁滞都 很 小 ， 剩磁 和 矫顽 力都 很低 ， 这 是 软磁 材 料 的基 本特 征 ， 合 金 磁 性参 数 如 表 所 示 随着 含 量 的增 加 ， 合 金 的 晶格 常数 增 大 表 和 合金 的 晶格常数和 磁 性 能参数 介 川 二 尹 肠 ， 心 材料 晶格常数 饱 和磁 化强度 ， 司 一 ， 剩 磁 ， 鱿找 、 一 ， 矫顽 力 ， 卯伽 一 ， “ ‘ 鞠 一， 饰 ， 仇， ，， 肠， ， ， ， ， ‘ 一 ‘ 。 。 ‘ 。 ， ‘ ， 。 ， ， 、 ， 、 、 将 的 晶格 常数 以及 磁 性 参 数带 入 公 式召二 等 生 ， ， ‘ ’ “ 目 曰 ‘ 口 ” 堆 ， 休 ’山 夕 狱 ’ “ 、 “ 找尸 ’ 可 以计 算 出 的 原子 磁矩 为 ‘ ， 仄 ， · 。 一 ” “ 筹井 二 ， 一 刀 ， 尸 ” ‘ ” ‘ 一 ’ 其 中 ， 为 原 子 质 量 ， 为 物 质 的 原子 数 、 一勺 ， 由此 可 以得 到单 个铁 原子 的平 均磁 矩 有效 玻 尔磁 子 数 。 。 二 答 一 伽 习 ， 户 。 一 、 门 从 ‘ ’ 叹 淋 尹 ” ” 刀 一 ‘ 一华 。 ’ 尸” ” 一 ‘ “ 一 平 ， 刀为玻 尔磁 子 一 为体 心 立 方 ， 每 个 单 胞 中含 有 个 原 子 ， 中掺 入 原 子 后 ， 形 成 替代 式 固溶 体 对 于 知 ‘ 合 金 ， 饱和 磁 化 强度 ， 可 ， 、 、 … ‘ 。 ‘ 一 一 一 氏 ， ， 。 ，， 以计 算 出单 胞 中 的 原 子 磁 矩 “ 一 筛 一 “ ” ‘” 一” ， 单 胞 中 的 原子 平 均 磁 矩 有 效 玻 尔磁 子 数 。 一 专 一 ‘ 知 尹 “ ， ， 。 由于 的 原子 被 原子 替 代 ， 考 虑 到 为非磁 性 离子 ， 合金 中磁矩 主 要 是 的 磁 矩 贡 献 知 ，‘ 单 胞 中 的铁原子 平 均 磁矩 有 效玻 尔磁 子 数， 。 一 贵 一 · 外一 采 用 同样 方法 可 以得到 含量 原子 分 数 分别 为 ， ， ， ， 的 月 合 金 的 平均 原 子 磁 矩 和 的原 子磁矩 ， 如 表 所 示 表 合 金 的 密度 和 平均 原子磁矩 二 沙 廿 叨 心 ” 材料 平均 原 子磁 矩加 。 原 子磁 矩 。 密 度 · 一今 ‘ · ， ， ， ， ‘ 饥 ， ， 氏 ， 耘 当非 磁 性 的 原 子 加 入 到 中时 ， 形 成 卜 固溶 体 ， 固溶 体 内各 原 子 的 结 合 是 金属 的 结 合 ， 原 子 内的外层 电子 比较 自由 ， 不 限制在 一 个 特 定 的原 子 内 ， 而 可 以在近 邻各 原 子 之 间游动 由于 电子 是 非局 域 的 ， 过 渡金属 原子 的磁 矩 大 小 都 不 是 整 数 ， 只 能用 能带 理 论 来解释 依 据 关 于 过 渡 金 属 原 子 磁 矩 是 非 整 数 的量 子 理 论 的解 释 ， 在过渡 金 属 的 能带 中 ， 考 虑 到 电子 之 间的交 换作用 ， 能带劈裂 为 武 才 两 个 次 能 带 ， 正 负 自旋 次 能带 中空 穴 的差 值 造 成 了 ， 。 ， 的 原 子 的有 效 玻 尔磁 子 数 分 别 为 知、 加 ， ， 。 卜 合 金 中 ， 由于 和 是混合 带 ， 原 子 的外 层 电子 可 以补 充或减 小各 能带 中的 电子 分布 对 于 关 于 铁磁 性 合 金有效 磁 矩 的解释 ， 铁磁 性合 金 的平均磁矩 是 外层 电子数 的 函数 ， 且 满足 斯 莱特 一 泡 利 曲线 ， 对 于 合 金 原 子 磁 矩 的计 算 ， 其 原 子 磁矩 减 少 的规 律可 用 下 式 表 示 产一 一 林 式 中 ， 为加 入 金属 和 的 电子数 差 ， 甄为加 入 金 属 的浓 度 依据 此 式 ， 曰 合 金 的原 子 有 效玻 尔磁 子 数 如 图 所 示 从 图 中可 以看 出 ， 斯莱特 一 泡利 曲 线和 实验值相 比存在较 大 的误 差 ， 其 中原 因可 能 是 斯 莱 特 一 泡 利 曲线 适 合 于 周 期 表 上 相 互 接 近 的元 素 组 成 的合 金 ， 搀 杂元 素 的 ， 能带上 的 电子和 基体元 素 能带上 的 电子 能量较 为接近 ， 从 而 ， 能带上 的 电子 可 以选择较 低 能量 的 能 带 ， 改变 的 能带 上 电子 的填 充浓度 ， 对 于 刊 合 金 ， 原 子序 数 相 差 ， ， 能带 上 的 电子 不 能全 部 跑 到 原 子 的 能 带上 ， 与斯 莱特 一