Co$_x$Ni$_{(1-x)}$Si 固溶体结构稳定性的实验与第一性原理计算

我们报告了对 $0<x<1$ 范围内 Co$_{(1-x)}$Ni$_x$Si 一元硅化物结构稳定性的研究。由于 CoSi 结晶为 FeSi 型结构（B20），而 NiSi 稳定于 MnP 型结构（B31），我们合成了一套完整的样品，并在不同退火条件下进行了相形成的系统研究，以理解当 $x$ 从 0 变化到 1 时发生这种结构转变的原因。这项研究揭示了 Ni 在 CoSi B20 结构中的固溶度极限约为 17.5 at.%，而 Co 在 NiSi B31 相中的固溶度极限约为 13 at.%。对于 $0.35<x<0.74$，样品中同时存在 B20 和 B31 两相，且分别处于各自的固溶度极限。磁化率的温度依赖性测量也揭示了抗磁性行为。利用基于密度泛函理论（DFT）的自洽全势线性缀加平面波方法（FP-LAPW）研究了固溶体的最佳结构参数和相稳定性。该计算很好地预测了实验中观察到的结构不稳定性。