Étude Théorique des Propriétés Structurales, Electroniques et Magnétiques des Alliages d' Heusler a Base de Fer de Composition Fe2-XNiGa1+X par la Méthode FP-LAPW
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté des Sciences
Abstract
The structural, electronic, magnetic, elastic, thermodynamic, and thermoelectric properties of Fe2-xNiGa1+x (x=0, 0.25,0.5,0.75,1) Heusler alloys are investigated through ab initio calculations based on density functional theory (DFT) within the full potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method.
After substituting Fe by Ga in the unit cell, we find that the composition dependence of both the lattice constants and bulk modulii are not monotonous. Moreover, while these alloys still keep their metallic character, the calculated electronic structure shows an increase in the p-d and a corresponding decrease in the d-d orbital hybridizations between the transition metal and the main group elements. The distribution of the spin magnetic moments shows that these materials are ferromagnetic with their respective magnetic moments and Curie temperatures decreasing linearly with the Ga excess concentration x. The Fe2-xNiGa1+x Heusler alloys (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) we studied, are all found to be mechanically stable and, because of their high B/G ratio, ductile. Using the quasi-harmonic Debye model, we investigated the effect of temperature and pressure on the thermodynamic properties of our alloys. The results, which are similar across all concentrations, provide better insight into the evolution of macroscopic parameters such as the lattice parameter, bulk modulus, heat capacities, thermal expansion coefficient, and Debye temperature. The thermoelectric properties of these compounds were studied using the BoltzTrap code, which is based on the semi-classical Boltzmann transport equation. The Seebeck coefficient, electrical conductivity, thermal conductivity, and figure of merit for Fe2-xNiGa1+x are calculated.
Description
Les propriétés structurales, électroniques, magnétiques ,élastiques thermodynamiques et thermoélectriques des alliages Heusler pour les valeurs de x suivantes : 0, 0,25, 0,5, 0,75, 1,sont étudiées par des calculs ab initio basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) dans le cadre de la méthode des ondes planes augmentées linéarisées avec le potentiel total (FP-LAPW). Après avoir substitué l'atome Fe par Ga dans la maille unitaire, nous constatons que la dépendance à la composition des paramètres de réseau et des modules de compressibilité n'est pas monotone. De plus, alors que ces alliages conservent encore leur caractère métallique, la structure électronique calculée montre une augmentation de l'hybridation p-d et une diminution correspondante des hybridations des orbitales d-d entre les métaux de transition et les éléments du groupe principal. La distribution des moments magnétiques de spin montre que ces matériaux sont ferromagnétiques avec leurs moments magnétiques différents et leurs températures de Curie décroissant linéairement avec la sur concentration x en Ga. Les alliages (x=0, 0,25, 0,5,0,75,1) que nous avons étudiés sont tous mécaniquement stables et devrait être stable à pression ambiante, de plus, les valeurs élevées du rapport B/G devrait les rendre ductiles. À l’aide du modèle quasi-harmonique de Debye, nous avons étudié l’effet de la température et de la pression sur les propriétés thermodynamiques de nos alliages. Les résultats, similaires pour toutes les concentrations, permettent de mieux comprendre l’évolution de paramètres macroscopiques comme le paramètre cristallin, le module de compressibilité, les capacités calorifiques, le coefficient de dilatation thermique et la température de Debye. Les propriétés thermoélectriques de ces composés ont été effectués à l'aide du code BoltzTrap qui dépend de l'équation de transport semi-classique de Boltzmann. Le coefficient de Seebeck, la conductivité électrique, la conductivité thermique et le facteur de mérite pour (x=0, 0,25, 0,5,0,75,1) sont calculés.