田悦密度泛函理论对磁性材料的研究精要.ppt

密度泛函理论对磁性材料的研究 -对钕铁硼电磁特性的研究 目录 * 钕铁硼简介 1983 年，M.Sagawa、Croat及 M.C.Koon等同时报导了 NdFeB 系永磁材料，日本科学家Sagawa 采用粉末冶金法制得了最大磁能积为 288kJ/m3的高矫顽力烧结NdFeB 磁体，从而宣告了第三代稀土永磁材料的诞生。 1983年底我国科学家成功地制备出钕铁硼磁体，并在次年开始进行工业化生产。 2009年，我国高性能钕铁硼的产量占到世界总产量的29%，仅次于日本。 * NdFeB的发现 钕铁硼简介 钕铁硼磁性材料，由于其优异的磁性能而被成为“磁王”、“磁钢”。钕铁硼具有极高的磁能积和较大的矫顽力，同时具有高能量密度的优点，具有良好的机械特性；不足之处在于居里温度低，温度特性差，且易于粉化腐蚀，必须通过调整其化学成分和采取表面处理的方法使之改进，才能达到实际应用的要求。 * 钕铁硼简介 * 世界上高性能钕铁硼的产量及增长量 钕铁硼简介-研究方向 NdFeB 系永磁材料的磁性能还有很大的提升空间。例如目前实验室烧结 NdFeB 系永磁材料的磁能积为 474kJ/m3，仅是其理论值（512kJ/m3）的 90.6%，工业生产的烧结 NdFeB 系永磁材料磁能积（400kJ/m3）仅有理论值的 74%，而目前工业生产的烧结 NdFeB 永磁体的矫顽力为 2400kA/m，仅是理论值（6368kA/m）的 37% 目前生产NdFeB 系永磁材料的工艺、设备等还在不断改进和完善。 随着计算机、电动机、磁转轴承等新能源的发展，市场对NdFeB 系永磁材料需求越来越大。 NdFeB 系永磁材料的工作温度、温度稳定性、抗腐蚀性能等还处于研究与发展之中。 随着纳米技术的进步，新的 NdFeB 系永磁材料例如纳米复相钕铁硼永磁材料已经出现并高速成长。 * 钕铁硼简介-应用前景 * 文献讲解 * 文献讲解-研究的目的和意义 * 计算机模拟 实验 理论 文献讲解-钕铁硼磁体的制备 * 特点 （1）集成了密度泛函和半经验算法等计算引擎，能进行常规的固体、分子的电子态结构、能带、态密度等的计算。 （2）半经验算法可以用于计算大规模的原子体系。 （3）简单直观的图形界面 Virtual Nano Lab （VNL） （4）包含了丰富的结果分析工具，例如器件的 I-V 曲线分析、电导分析、传输谱分析等。 （5）能计算周期性体系的能带、布络赫(Bloch)波函数和费米能级等。 （6）可以在多核、多路、多节点并行计算。 文献讲解-计算程序和仪器设备 * 本论文建模、计算与研究主要在(ATK)计算程序中完成。ATK能够模拟纳米器件和纳米结构体系，并计算其电学性质和量子运输性质的第一性原理电子结构计算程序。 文献讲解-计算程序和仪器设备 * 实验设备有MYC系列电永磁吸盘智能控制器：以微处理器为核心，通过调整电永磁吸盘的充（退）磁脉冲电流强度，以及充（退）磁脉冲数来达到最佳的充（退）磁效果。 Agilent 6000彩色双踪示波器中的8位高采样率模数转化器（ADC)可以提供很宽的分析带宽，这些带宽能够提供大于或等于40db，的无杂散动态范围。该示波器中的89601A矢量信号分析仪软件，可以分析和解调最高级的数字调制，对时域和频域中的信号进行测量，也提供信号记录特性，可用于信号的回收和分析 文献讲解-计算模型 * Nd2Fe14B的单胞结构 晶体结构决定物质的性质， Nd2Fe14B的单胞的空间结构如右图，其属于四角晶体，其单胞由四个Nd2Fe14B分子组成，即晶胞中包含8个Nd原子，56个Fe原子和4个B原子，Nb原子占据两个晶位，分别是4f和4g，Fe原子共占据6个晶位，分别是16k1、16k2、8j1、8j2、4e、和4c，而B原子只占据一个晶位即4g，B原子对Nd2Fe14B的四方相起决定性作用，B原子分数达到4%时，开始出现四方相，当B原子分数达到7%时， α?Fe消失由富B相和富Nd相组成 文献讲解-计算模型 * Au-Nd2Fe14B-Au 输运模型 利用一般的Nd2Fe14B晶体中原子坐标建立Nd2Fe14B单胞，晶格常数a=8.805*10-10m，b=8.805*10-10m，c=12.205*10-10m。Nd2Fe14B晶胞左右是Au电极，输运系统的输入端为晶胞左侧顶角处的 Nd 原子，输出端为晶胞右侧中心处的 Fe 原子，输入端的 Nd 原子和输出端的 Fe 原子分别与紧邻的 Au 原子形成金属键。这样该双电极输运系统可分为三部分：输入电极、中心散射区和输出电极。电子的传输过程是入射电子从左侧输入端进入，经过Nd2Fe14B晶胞散射区，最后从右侧输出电极流出。 文献讲解-计算方法 * 计算中主要运用ATK程