Al 取代 M 型锶六角铁氧体的占位与磁性能

我们利用基于密度泛函理论的第一性原理总能计算，研究了 Al 取代 M 型锶六角铁氧体 SrFe$_{12-x}$Al$_{x}$O$_{19}$（其中 $x=0.5$ 和 $x=1.0$）的占位和磁性能。我们发现非磁性 Al$^{3+}$ 离子优先取代两个多数自旋位点 $2a$ 和 $12k$ 处的 Fe$^{3+}$ 离子，消除了它们对总磁化强度的正贡献，导致饱和磁化强度 $M_s$ 随 Al 浓度 $x$ 的增加而降低。我们的形成概率分析进一步解释了随 Al 分数增加而导致的磁各向异性场增大的现象。虽然 Al$^{3+}$ 离子在低温下优先占据 $2a$ 位点，但 $12k$ 位点的占据概率随温度升高而增加。在典型的退火温度（$> 700\,^{\circ}{\rm C}$）下，Al$^{3+}$ 离子占据 $12k$ 位点的可能性远大于 $2a$ 位点。尽管这会导致磁晶各向异性 $K_1$ 略微降低，但 $M_s$ 的降低更为显著。它们的综合效应导致各向异性场 $H_a$ 随 Al 分数的增加而增大，这与最近的实验测量结果一致。