掺杂对Ni-Mn-Ga非调制马恩石中双扭形成影响的第一性原理研究

我们研究了化学取代如何塑造非调制(NM)Ni-Mn-Ga马恩石中双扭形成的能量特征。我们使用密度泛函理论，计算了针对stoichiometric Ni$_{2}$MnGa以及包含Cu、Co、Fe或Zn于不同亚晶格上的掺杂超胞的(101)[10\bar{1}]剪切系统的广义平面错能(GPFE)曲线。GPFE轮廓用作双扭行为的显微描述符：第一个壁垒反映内在堆积错 formation(双扭核生)，而随后的壁垒控制双扭增厚和边界运动。我们显示，掺杂的影响在特定位置强烈依赖。将Cu→Mn、Cu→Ni、Co→Ni以及Zn→Mn的取代降低了核生壁垒并通常软化了GPFE轮廓，表明双扭形成和扩张更有利；这些情况还与减小c/a的纵横比相关，这意味着双扭剪切减小且双扭形成的能量成本降低。在相反方面，Cu→Ga、Co→Mn、Co→Ga、Fe→Ga以及Zn→Ga的取代增加了GPFE壁垒并阻碍双扭形成，尽管这些取代常用于增强马恩石稳定性并提高T_m。Fe→Mn保持壁垒高度基本不变，而Fe→Ni产生异常的GPFE响应，指示不稳定的双扭配置。最后，受10M/14M调制纳米双扭表征的启发，我们将两层纳米双扭最小值深度与调制稳定性相关联。Fe→Mn、Cu→Ni以及Zn→Mn的取代导致能量最小值低于无双层双扭的结构；其他取代偏好双扭自由的NM结构。