Cấu trúc của hợp kim Heusler

Hợp kim Heusler được chia thành hai nhóm: hợp kim Heusler đầy đủ với công thức X₂YZ và bán hợp kim Heusler với công thức XYZ. Trong đó X và Y là nguyên tố thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp và Z nằm trong số các nguyên tố nhóm III-V.

Hợp kim Heusler đầy đủ có cấu trúc tinh thể kiểu L2₁ gồm mỗi ô đơn vị là bốn mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau và mỗi mạng con bị chiếm bởi một nguyên tố thành phần X, Y và Z (hình 1.1a). Hai mạng con của nguyên tố X có toạ độ tại (0, 0, 0) và (1/2, 1/2, 1/2). Trong khi đó mạng con của nguyên tố Y có toạ độ tại (1/4, 1/4, 1/4) và vị trí mạng con của nguyên tố Z là (3/4, 3/4, 3/4). Ô đơn vị của bán hợp kim Heusler có cấu trúc C1_b gồm ba mạng lập phương tâm mặt được lấp đầy bởi các nguyên tố thành phần X, Y và Z, còn lại một mạng con (vị trí X₁) bị rỗng hoàn toàn (hình 1.1b) [2].

1.1.2. Tính chất từ của hợp kim Heusler

Hợp kim Heusler là loại vật liệu mang tính sắt từ.

* Các loại tương tác trao đổi

Tương tác trao đổi trực tiếp:

         Tương tác trao đổi gián tiếp:

         Tương tác trao đổi RKKY:

* Tương tác trao đổi trong hợp kim Heusler

            Trong hợp kim Heusler có các nguyên tố kim loại nên tồn tại các điện tử dẫn. Những điện tử này góp phần vào tương tác trao đổi RKKY trong vật liệu. Do vậy, lý thuyết về tương tác trao đổi RKKY có nhiều điểm hợp lý hơn để giải thích tính sắt từ cho hợp kim Heusler. Tuy nhiên, các tương tác từ trong hợp kim Heusler là rất phức tạp và cho tới nay các nhà khoa học vẫn chưa thể lý giải được tường minh về tính chất từ của hợp kim này.

1.1.3. Tính chất điện của hợp kim Heusler

          Năm 1983, Groot đã tìm ra tính bán kim trong hợp kim Heusler. Thuật ngữ “bán kim” để thể hiện các tính chất điện khác nhau ở mỗi hướng của spin. Tại một hướng spin quay lên các điện tử dẫn thể hiện tính kim loại, trong khi ở hướng quay xuống xuất hiện tính bán dẫn hoặc điện môi.

1.1.4. Hợp kim Heusler Ni₂MnSn

Cấu trúc của hợp kim Heusler Ni₂MnSn thuộc dạng chung của hợp kim Heusler đầy đủ có ô cơ sở của được mô phỏng như hình 1.1a. Hai mạng Ni nằm ở vị trí (0, 0, 0) và (1/2, 1/2, 1/2) trong khi mạng Mn nằm tại vị trí (1/4, 1/4, 1/4) và mạng Sn nằm ở vị trí (3/4, 3/4, 3/4).

Hợp kim Heusler Ni₂MnSn là vật liệu có tính bán kim và cho hiệu ứng từ nhiệt dương và âm lớn ở vùng nhiệt độ phòng. Tính chất từ và cấu trúc của vật liệu phụ thuộc vào tỉ phần các nguyên tố trong hợp kim và điều kiện chế tạo. Do vậy, hợp kim rất cần được nghiên cứu để tìm ra thành phần tối ưu cùng với công nghệ chế tạo thích hợp và ổn định.