用于考察磁性材料热性质的混合第一性原理方法
材料科学
2022-05-13 v1
摘要
本文提出一种用于考察熵未知的磁性系统热性质的混合第一性原理理论方法。常用理论方法从 Gibbs/Helmholtz 自由能探察热性质，而这需要精确的磁相互作用模型。本方法通过计算系统压强来规避该要求，该压强由热无序微观态得出，这些微观态在每一温度恰当纳入振动与自旋子系统以及两子系统间的耦合。作为对特定磁相互作用模型的替代，该方法整合了所研究材料温度依赖磁化强度的测量值。我们应用该方法计算声子模，并研究经典 Invar 合金 Fe_0.65Ni_0.35 的异常低膨胀。所得 Invar 声子色散与实测数据高度吻合。Invar 热膨胀在 50 K 至室温间保持微小，与实验观测的同一温区低膨胀值一致。此异常小的热膨胀直接源于晶格热无序的微小正贡献几乎被巨大的负磁无序贡献抵消。相比之下，对 bcc Fe 的计算显示大得多的热膨胀，与实验一致，其由晶格热无序的巨大贡献主导，仅被磁性的微小负贡献略微削减。这些发现深化了对 Invar 与 Fe 中磁性及自旋-晶格耦合异常本质的认识，并支持所提新方法作为考察磁性材料热性质的补充途径。
引用
@article{arxiv.2205.05788,
title = {Hybrid ab initio method for examining thermal properties in magnetic materials},
author = {Matthew Heine and Olle Hellman and David Broido},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.05788},
year = {2022}
}