Zn-Sn 取代六角铁氧体锶中占位偏好与磁性的关联

基于密度泛函理论的第一性原理总能量计算，研究了 Zn、Sn 及 Zn-Sn 取代的 M 型六角铁氧体锶（SrFe$_{12}$O$_{19}$）的占位偏好与磁性质。通过计算不同构型的取代能估算了取代原子的占位。利用构型的形成概率确定了高温退火过程中不同构型的分布，以计算取代六角铁氧体锶的磁性质。我们发现磁化强度和磁晶各向异性密切关联于 Zn-Sn 离子在五个 Fe 位点的分布。我们的计算表明，在 SrFe$_{11.5}$Zn$_{0.5}$O$_{19}$ 中，Zn 原子偏好占据 $4f_1$、$12k$ 和 $2a$ 位点，占位概率分别为 78%、19% 和 3%；而在 SrFe$_{11.5}$SnO$_{19}$ 中，Sn 原子占据 $12k$ 和 $4f_2$ 位点，占位概率分别为 54% 和 46%。我们还发现，在 SrFe$_{11}$Zn$_{0.5}$Sn$_{0.5}$O$_{19}$ 中，(Zn,Sn) 原子对偏好占据 ($4f_1$, $4f_2$)、($4f_1$, $12k$) 和 ($12k$, $12k$) 位点，占位概率分别为 82%、8% 和 6%。我们的计算显示，实验中观测到的 Zn-Sn 取代 M 型六角铁氧体锶磁化强度增加与磁各向异性降低，源于 (Zn,Sn) 对在 ($4f_1$, $4f_2$) 位点的占据。