Mn$_2$Ru$_{1-x}$Ga 合金中构成驱动的磁各向异性与自旋分极
材料科学
2026-03-16 v2
摘要
我们系统性地考察了 Ru 掺杂浓度对 MnRuGa 全 Heusler L2 型合金晶格参数、原子磁矩、电子结构及磁各向异性能的影响，其中 x = 0.0834 p 且 p=0,...,12。该研究结合第一性原理计算与人工智能中的主成分分析（PCA）数据驱动技术，揭示了跨多个结构、磁性与电子描述符之间的趋势与相关性。对于每一组成比，均对一组无等价原子构型进行完全优化。结构上，松弛后的晶格呈现各向异性膨胀，显著拉伸垂直于面平面的晶格参数（c）相对于面内晶格向量，这有助于发展垂直磁各向异性。我们的结果表明，在 Ru 掺杂浓度为 25-28% 时，出现垂直易轴方向；而在低至高 Ru 掺杂水平时，则偏好平面方向甚至消失磁各向异性。半金属性也随 Ru 含量而调制，在构成范围的两个端点分别出现。此外，Mn(4a) 与 Mn(4c) 亚格子之间的反铁磁耦合导致 Ru 含量低于 50% 时近似补偿磁矩，约 30% 处净磁矩接近零。这些发现为设计具备垂直磁各向异性与半金属性协同优化的可调 spintronic 材料开辟了路径，使 MnRuGa 成为磁隧结、磁阻随机存取存储器（MRAM）器件及高密度磁性存储应用的有前景材料。
引用
@article{arxiv.2509.09540,
title = {Composition-driven magnetic anisotropy and spin polarization in Mn$_2$Ru$_{1-x}$Ga Heusler alloy},
author = {Ramón Cuadrado},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.09540},
year = {2026}
}