基于磁体Gd6FeBi2高居里温度起源的归一化分析及临界行为研究*

王元利，迟明路

(河南工学院 智能工程学院，河南 新乡 453003)

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大多数重稀土金属具有大的磁矩，其潜在应用价值广泛。然而，磁有序温度低限制了该类磁性材料的应用。为了解决这一问题，科研人员开发了稀土-过渡金属(RE-TM)间化合物。RE-TM或TM-TM磁相互作用，较RE-RE原子间的间接4f-4f电子相互作用强度显著增强，能有效提高磁有序温度，小磁矩的TM对该类化合物的净磁矩变化影响不大。同时，在RE-TM合金中，通过添加主族p区的另一种化学元素，可使其产生新的化合物和多样化的结构，并改善RE-TM化合物的性能。

近年来，多个研究组报道了Fe2P型系列合金化合物[1-3]，其通式为RE6TMX2(RE = Gd-Tm、Lu；TM = Mn、Fe、Co、Ni、Ru；X = Al、Ga、Sn、As、Sb、Bi、S、Se、Te)。该类合金化合物表现出丰富的磁性行为，存在多次磁性转变及TM磁矩的消失[4,5]。同时，RE6TMX2类合金化合物在Tc附近存在大的磁热效应[6-8]。然而，在已报道的该类合金化合物中，只有Gd6FeBi2的Tc高于室温[7]，达350 K，高于其它Gd基金属间化合物[9]。因Gd基金属间化合物潜藏着巨大的商业价值，科研人员对强磁相互作用及其高Tc起源进行了广泛研究[10,11]。人们基于Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)相互作用理论对非磁性元素(NMEs)化合物进行了解释，认为其f层电子的自旋是通过传导电子与相邻Gd原子的自旋进行耦合。然而，该间接交换会导致Tc随传导电子和相邻磁性原子间距离的变化产生波动，故很难显著提高Tc。随着研究的深入，人们认识到高Tc可能因Gd中局域/极化了的5d电子产生的额外磁矩诱导产生[12]，或由强相互作用、NMEs(例如Gd4Bi3中的Bi元素)的极化产生的额外磁矩引起[13]。

近来的研究表明，基于Gd6FeBi2单晶确定的晶体结构，其密度泛函理论(DFT)计算显示：Gd的5d电子的磁矩，以及Gd与Fe之间的铁磁相互作用，揭示了Gd6FeBi2的高Tc起源[14]。……