FexRh1-x(0.4
2022-10-10 03:40:54廖從文盧志紅袁曉娟馮金地李昆鵬
武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年6期
廖從文，盧志紅，袁曉娟，馮金地，李昆鵬
(1.武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，湖北 武漢，430081；2. 武漢大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430072)
具有CsCl(B2)結(jié)構(gòu)的等原子比FeRh合金在370 K 附近發(fā)生一階反鐵磁(AFM)到鐵磁(FM)相變，伴隨著約1%的晶格膨脹，其電阻率大幅降低，磁熵發(fā)生較大改變[1-5]。FeRh合金在AFM-FM相變過(guò)程中出現(xiàn)的磁性和電阻巨大改變以及略高于室溫的相變溫度等性質(zhì)，使得其在熱輔助磁記錄(HAMR)介質(zhì)的熱磁開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[6-7]。FeRh合金AFM-FM相變對(duì)各參數(shù)高度敏感，包括成分差異[8]、薄膜厚度[9]、磁場(chǎng)和應(yīng)力[7,10]等。研究發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)由AFM→FM到FM→AFM的轉(zhuǎn)變及由此產(chǎn)生的巨磁熱效應(yīng)[11-12]，另外，有研究通過(guò)對(duì)混合相AFM-FM相變的調(diào)控得到大的電阻率變化[13]。這些效應(yīng)主要?dú)w因于薄膜應(yīng)變，而應(yīng)變可通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)調(diào)制，可見(jiàn)FeRh薄膜AFM-FM相變與應(yīng)變有較大關(guān)聯(lián)[14]。大多外延生長(zhǎng)的薄膜中均存在應(yīng)變，并且其受到薄膜元素組成的影響，故研究FeRh薄膜與成分相關(guān)的磁序和相變動(dòng)力學(xué)，通過(guò)調(diào)控成分來(lái)調(diào)節(jié)晶格應(yīng)變及AFM-FM相變，對(duì)于FeRh薄膜在低功率自旋電子等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
基于此，本文采用直流磁控測(cè)射技術(shù)制備了一系列不同成分比例的外延FexRh1-x薄膜(x表示Fe含量，原子百分比，范圍為0.4～0.6),探究了x對(duì)FexRh1-x薄膜晶格畸變和磁性能的影響；此外，基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計(jì)算結(jié)果，分析了磁序及無(wú)序?qū)exRh1-x薄膜磁性能的影響。
1 實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算
利用直流磁控濺射技術(shù)，于873 K下將Fe靶和Rh靶共濺射至MgO(001)基片上，制備了不同成分比例的外延FexRh1-x薄膜。濺射系統(tǒng)基本壓力保持在 7×10-5Pa 左右，實(shí)驗(yàn)氣氛為Ar氣，工作壓力約為 0.5 Pa。利用Nano 400 Nova掃描電鏡(SEM)及其配備的能譜儀(EDS)對(duì)所制薄膜成分進(jìn)行分析，得到薄膜中x分別為0.42、0.49、0.52、0.53、0.58(原子百分比)。用D8 Advance型X射線衍射儀(XRD)對(duì)薄膜物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用同一設(shè)備的X射線反射(XRR)模塊對(duì)薄膜表面質(zhì)量和厚度進(jìn)行表征，使用綜合物性測(cè)量系統(tǒng)中振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對(duì)樣品的室溫磁性及相變特性進(jìn)行測(cè)試。
基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理，采用 VASP 軟件包進(jìn)行模擬計(jì)算。借助全勢(shì)線性綴加平面波(FP-LAPW)方法生成的廣義梯度近似(GGA)方法，處理電子之間的交換關(guān)聯(lián)能。通過(guò)收斂性測(cè)試后，平面波截?cái)嗄茉O(shè)為500 eV，弛豫和靜態(tài)計(jì)算均采用 Monkhorst-Pack方法產(chǎn)生的11×11×11網(wǎng)格精度進(jìn)行布里淵區(qū)能量積分。在結(jié)構(gòu)弛豫過(guò)程中，能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為10-6eV，力收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.1 eV/nm。對(duì)合金進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，達(dá)到收斂后再進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。為模擬實(shí)驗(yàn)情況下的FexRh1-x合金，特采用4×2×2超胞，圖1為2×2×2超胞示意圖，沿a軸擴(kuò)充一倍即可得到4×2×2超胞。通過(guò)Fe原子取代Rh原子以及Rh原子取代Fe原子，計(jì)算了FexRh1-x合金在x=0.41，0.5，0.53，0.59時(shí)AFM相與FM相的能量差，確定FexRh1-x合金的磁基態(tài)。通過(guò)在2×2×2超胞中交換Fe原子與Rh原子位置，模擬Fe-Rh合金的無(wú)序狀態(tài)，研究了FexRh1-x(x=0.5)合金的磁性隨無(wú)序程度的變化。
圖1 FexRh1-x合金的超胞結(jié)構(gòu)
2 結(jié)果與分析
圖2為FexRh1-x(0.4為計(jì)算合金晶格應(yīng)變?chǔ)與，使用文獻(xiàn)[1]報(bào)道的等原子比塊狀 FeRh 合金c軸的晶格常數(shù)0.2995 nm。表1列出了FexRh1-x(0.4
(a)XRD
表1 FexRh1-x薄膜的結(jié)構(gòu)參量
圖3(a)和圖3(b)分別為施加面內(nèi)磁場(chǎng)和面外磁場(chǎng)時(shí)FexRh1-x薄膜的室溫磁化曲線，可以看出，當(dāng)x<0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下磁性較弱，面外磁場(chǎng)下其磁化強(qiáng)度難以測(cè)量；x>0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下磁性較強(qiáng)，整體表現(xiàn)為FM相，其中面內(nèi)方向?yàn)橐纵S，在較低磁場(chǎng)強(qiáng)度下可達(dá)到磁飽和，x為0.52、0.53時(shí)，薄膜飽和磁化強(qiáng)度依次為1266、1402 emu/cm3，均低于理論值，可能是由其中部分無(wú)序成分所造成的，而面外方向?yàn)殡y軸，即使施加5000 Oe的磁場(chǎng)，薄膜仍難以達(dá)到磁飽和狀態(tài)。表2列出了不同無(wú)序度下FeRh塊體(等原子比)中Fe磁矩MFe、Rh磁矩MRh及單位晶胞總磁矩Mtot，由于使用的是2×2×2超胞，故每交換一對(duì)Fe-Rh原子，無(wú)序度增加12.5%。由表2可見(jiàn)，當(dāng)無(wú)序度從0增加到37.5%時(shí)，MFe和MRh下降幅度較低，但Mtot隨無(wú)序程度的增加而急劇下降，由此看來(lái)，磁矩實(shí)驗(yàn)值低于理論值可能是由于材料內(nèi)部Fe和Rh原子的無(wú)序排列所引起的。
由圖3(a)還可知，x<0.5時(shí)，薄膜飽和磁化強(qiáng)度僅為100 emu/cm3，表明其中主要成分為AFM相，含少量無(wú)序的FM相。通過(guò)第一性原理對(duì)FexRh1-x合金磁基態(tài)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)在4×2×2超胞中使用Fe(Rh)原子取代Rh(Fe)原子來(lái)調(diào)節(jié)成分比例x，計(jì)算了x分別為0.41、0.50、0.53、0.59時(shí)FexRh1-x合金中AFM與FM相的能量差，結(jié)果如圖3(c)所示，計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)x>0.5時(shí)，F(xiàn)M相能量比AFM相能量低，表明富Fe合金的基態(tài)為FM相；當(dāng)x≤0.5時(shí)，合金基態(tài)為AFM相。當(dāng)合金中Fe原子較多(x>0.5)時(shí)，由于Fe原子會(huì)取代Rh原子的位置，此時(shí)Fe原子的最近鄰原子由Rh變?yōu)镕e原子，使得最近鄰Fe原子之間的交換作用破壞了次近鄰Fe原子之間的反鐵磁耦合，因此，合金磁基態(tài)由AFM相轉(zhuǎn)變?yōu)镕M相；而當(dāng)Rh原子較多時(shí)，Rh原子會(huì)取代合金中Fe原子，由于Rh元素是順磁性元素，故不會(huì)破壞Fe原子間的反鐵磁耦合。
(a)面內(nèi)磁場(chǎng)
表2 不同無(wú)序度下FeRh塊體材料的磁矩
由于x>0.5時(shí)FexRh1-x薄膜無(wú)法發(fā)生AFM-FM相變，故選取能發(fā)生AFM-FM相變的FexRh1-x薄膜(x=0.42，0.49)，測(cè)試其磁化強(qiáng)度隨溫度變化曲線，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，F(xiàn)e0.49Rh0.51薄膜在340 K附近發(fā)生了AFM→FM相變；隨著溫度進(jìn)一步降低，薄膜會(huì)發(fā)生FM→AFM相變，并出現(xiàn)熱滯，升溫時(shí)相變范圍為340～400 K。對(duì)比Fe0.42Rh0.58樣品的磁化曲線可知，隨著Rh原子數(shù)增加，AFM→FM相變溫度由340 K降至270 K，熱滯溫差由50 K降至30 K，相變范圍由60 K增至120 K，表明過(guò)量Rh元素會(huì)促進(jìn)FexRh1-x合金AFM→FM相變。Loving等[14]通過(guò)誘導(dǎo)界面應(yīng)力，研究了相變溫度與c/a的關(guān)系，XRD分析顯示，當(dāng)加入過(guò)量Rh元素時(shí)，由于Fe原子半徑小于Rh原子半徑，在內(nèi)應(yīng)力作用下，晶格膨脹，c軸產(chǎn)生應(yīng)變，此時(shí)原子間距增加，反鐵磁耦合作用減弱，故打破反鐵磁耦合所需能量減少，其相變溫度降低。根據(jù)上述規(guī)律，可通過(guò)調(diào)控薄膜中Rh原子比來(lái)改變薄膜c軸應(yīng)變，從而得到需要的相變溫度、熱滯溫差及相變范圍。不過(guò)值得注意的是，盡管過(guò)量Fe元素也帶來(lái)了應(yīng)變改變，但這會(huì)導(dǎo)致FexRh1-x薄膜在整個(gè)溫度范圍保持鐵磁性，故無(wú)法利用改變Fe含量的方式來(lái)調(diào)控相變溫度。此外，相變溫度降低還可能是受價(jià)帶電子濃度(s+d電子/原子數(shù)量)的影響，當(dāng)Rh取代Fe時(shí)，價(jià)帶電子濃度增加，相變溫度也會(huì)隨之降低[15]。
圖4 FexRh1-x薄膜溫度相關(guān)歸一化磁化曲線
對(duì)Fe0.49Rh0.51薄膜樣品進(jìn)行磁熱特性測(cè)量，從300 K加熱至390 K，其中300～360 K時(shí)每隔20 K采集一次數(shù)據(jù)，360～390 K時(shí)每隔10 K采集一次數(shù)據(jù)，不同溫度的等溫磁化曲線見(jiàn)圖5(a)，經(jīng)過(guò)式(1)處理后，得到3 T時(shí)，該樣品磁熵隨溫度變化如圖5(b)所示。
(1)
式中：ΔS為磁熵，J/(kg·K)；T為溫度，K；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，Oe；M為磁化強(qiáng)度，emu/cm3。
由圖5(b)可見(jiàn)，在3 T的外加磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)e0.49Rh0.51樣品磁熵隨溫度升高先增加后減小，在365 K時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)ΔSmax=14 J/(kg·K)，略低于塊體FeRh合金的磁熵值(ΔS≈16 J/(kg·K))[16]，這可能是無(wú)序及二維尺寸下相變過(guò)程中鐵磁相之間的相互作用所導(dǎo)致的。由此可見(jiàn)，F(xiàn)exRh1-x系薄膜(x=0.49)一階相變的高磁熵在磁熱領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力，特別是在微型電子器件領(lǐng)域。
(a)等溫磁化曲線
(b)磁熵曲線
3 結(jié)論
(1)隨著x由0.42增至0.58，F(xiàn)exRh1-x薄膜(0.4(2)當(dāng)x>0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下為鐵磁相，當(dāng)x<0.5時(shí)，其在室溫下為反鐵磁相，這與基于第一性原理的理論計(jì)算結(jié)果相同，可能是由于Fe原子最近鄰環(huán)境變化所致。富Fe的FexRh1-x薄膜室溫下飽和磁化強(qiáng)度低于理論值，這可能因?yàn)樗茦悠分写嬖跓o(wú)序相，這一點(diǎn)通過(guò)理論計(jì)算也得到驗(yàn)證。
(3)隨著Rh含量的增加(x由0.49減少至0.42)，F(xiàn)exRh1-x薄膜的AFM→FM相變溫度由350 K降至270 K，熱滯由50 K降至30 K，相變溫度范圍由60 K增至120 K，這歸因于Rh原子取代Fe原子所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)變以及價(jià)帶電子濃度增加。
(4)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果顯示，可通過(guò)改變Rh含量及其帶來(lái)的面外晶格中膨脹/收縮行為來(lái)研究 FexRh1-x薄膜的溫度誘導(dǎo)相變行為，與溫度相關(guān)的磁化測(cè)量結(jié)果與晶格參數(shù)變化非常吻合，并且該轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度范圍和轉(zhuǎn)變行為可通過(guò)改變薄膜中Rh含量來(lái)控制。
(5)在3 T的外加磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)exRh1-x(x=0.49)薄膜的磁熵值最大可達(dá)到14 J/(kg·K)，較大的一階磁熵使得其在磁熱領(lǐng)域有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。
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基于此，本文采用直流磁控測(cè)射技術(shù)制備了一系列不同成分比例的外延FexRh1-x薄膜(x表示Fe含量，原子百分比，范圍為0.4～0.6),探究了x對(duì)FexRh1-x薄膜晶格畸變和磁性能的影響；此外，基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計(jì)算結(jié)果，分析了磁序及無(wú)序?qū)exRh1-x薄膜磁性能的影響。
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基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理，采用 VASP 軟件包進(jìn)行模擬計(jì)算。借助全勢(shì)線性綴加平面波(FP-LAPW)方法生成的廣義梯度近似(GGA)方法，處理電子之間的交換關(guān)聯(lián)能。通過(guò)收斂性測(cè)試后，平面波截?cái)嗄茉O(shè)為500 eV，弛豫和靜態(tài)計(jì)算均采用 Monkhorst-Pack方法產(chǎn)生的11×11×11網(wǎng)格精度進(jìn)行布里淵區(qū)能量積分。在結(jié)構(gòu)弛豫過(guò)程中，能量收斂標(biāo)準(zhǔn)為10-6eV，力收斂標(biāo)準(zhǔn)為0.1 eV/nm。對(duì)合金進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，達(dá)到收斂后再進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算。為模擬實(shí)驗(yàn)情況下的FexRh1-x合金，特采用4×2×2超胞，圖1為2×2×2超胞示意圖，沿a軸擴(kuò)充一倍即可得到4×2×2超胞。通過(guò)Fe原子取代Rh原子以及Rh原子取代Fe原子，計(jì)算了FexRh1-x合金在x=0.41，0.5，0.53，0.59時(shí)AFM相與FM相的能量差，確定FexRh1-x合金的磁基態(tài)。通過(guò)在2×2×2超胞中交換Fe原子與Rh原子位置，模擬Fe-Rh合金的無(wú)序狀態(tài)，研究了FexRh1-x(x=0.5)合金的磁性隨無(wú)序程度的變化。
圖1 FexRh1-x合金的超胞結(jié)構(gòu)
2 結(jié)果與分析
圖2為FexRh1-x(0.4 為計(jì)算合金晶格應(yīng)變?chǔ)與，使用文獻(xiàn)[1]報(bào)道的等原子比塊狀 FeRh 合金c軸的晶格常數(shù)0.2995 nm。表1列出了FexRh1-x(0.4 (a)XRD 表1 FexRh1-x薄膜的結(jié)構(gòu)參量 圖3(a)和圖3(b)分別為施加面內(nèi)磁場(chǎng)和面外磁場(chǎng)時(shí)FexRh1-x薄膜的室溫磁化曲線，可以看出，當(dāng)x<0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下磁性較弱，面外磁場(chǎng)下其磁化強(qiáng)度難以測(cè)量；x>0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下磁性較強(qiáng)，整體表現(xiàn)為FM相，其中面內(nèi)方向?yàn)橐纵S，在較低磁場(chǎng)強(qiáng)度下可達(dá)到磁飽和，x為0.52、0.53時(shí)，薄膜飽和磁化強(qiáng)度依次為1266、1402 emu/cm3，均低于理論值，可能是由其中部分無(wú)序成分所造成的，而面外方向?yàn)殡y軸，即使施加5000 Oe的磁場(chǎng)，薄膜仍難以達(dá)到磁飽和狀態(tài)。表2列出了不同無(wú)序度下FeRh塊體(等原子比)中Fe磁矩MFe、Rh磁矩MRh及單位晶胞總磁矩Mtot，由于使用的是2×2×2超胞，故每交換一對(duì)Fe-Rh原子，無(wú)序度增加12.5%。由表2可見(jiàn)，當(dāng)無(wú)序度從0增加到37.5%時(shí)，MFe和MRh下降幅度較低，但Mtot隨無(wú)序程度的增加而急劇下降，由此看來(lái)，磁矩實(shí)驗(yàn)值低于理論值可能是由于材料內(nèi)部Fe和Rh原子的無(wú)序排列所引起的。 由圖3(a)還可知，x<0.5時(shí)，薄膜飽和磁化強(qiáng)度僅為100 emu/cm3，表明其中主要成分為AFM相，含少量無(wú)序的FM相。通過(guò)第一性原理對(duì)FexRh1-x合金磁基態(tài)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)在4×2×2超胞中使用Fe(Rh)原子取代Rh(Fe)原子來(lái)調(diào)節(jié)成分比例x，計(jì)算了x分別為0.41、0.50、0.53、0.59時(shí)FexRh1-x合金中AFM與FM相的能量差，結(jié)果如圖3(c)所示，計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)x>0.5時(shí)，F(xiàn)M相能量比AFM相能量低，表明富Fe合金的基態(tài)為FM相；當(dāng)x≤0.5時(shí)，合金基態(tài)為AFM相。當(dāng)合金中Fe原子較多(x>0.5)時(shí)，由于Fe原子會(huì)取代Rh原子的位置，此時(shí)Fe原子的最近鄰原子由Rh變?yōu)镕e原子，使得最近鄰Fe原子之間的交換作用破壞了次近鄰Fe原子之間的反鐵磁耦合，因此，合金磁基態(tài)由AFM相轉(zhuǎn)變?yōu)镕M相；而當(dāng)Rh原子較多時(shí)，Rh原子會(huì)取代合金中Fe原子，由于Rh元素是順磁性元素，故不會(huì)破壞Fe原子間的反鐵磁耦合。 (a)面內(nèi)磁場(chǎng) 表2 不同無(wú)序度下FeRh塊體材料的磁矩 由于x>0.5時(shí)FexRh1-x薄膜無(wú)法發(fā)生AFM-FM相變，故選取能發(fā)生AFM-FM相變的FexRh1-x薄膜(x=0.42，0.49)，測(cè)試其磁化強(qiáng)度隨溫度變化曲線，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，F(xiàn)e0.49Rh0.51薄膜在340 K附近發(fā)生了AFM→FM相變；隨著溫度進(jìn)一步降低，薄膜會(huì)發(fā)生FM→AFM相變，并出現(xiàn)熱滯，升溫時(shí)相變范圍為340～400 K。對(duì)比Fe0.42Rh0.58樣品的磁化曲線可知，隨著Rh原子數(shù)增加，AFM→FM相變溫度由340 K降至270 K，熱滯溫差由50 K降至30 K，相變范圍由60 K增至120 K，表明過(guò)量Rh元素會(huì)促進(jìn)FexRh1-x合金AFM→FM相變。Loving等[14]通過(guò)誘導(dǎo)界面應(yīng)力，研究了相變溫度與c/a的關(guān)系，XRD分析顯示，當(dāng)加入過(guò)量Rh元素時(shí)，由于Fe原子半徑小于Rh原子半徑，在內(nèi)應(yīng)力作用下，晶格膨脹，c軸產(chǎn)生應(yīng)變，此時(shí)原子間距增加，反鐵磁耦合作用減弱，故打破反鐵磁耦合所需能量減少，其相變溫度降低。根據(jù)上述規(guī)律，可通過(guò)調(diào)控薄膜中Rh原子比來(lái)改變薄膜c軸應(yīng)變，從而得到需要的相變溫度、熱滯溫差及相變范圍。不過(guò)值得注意的是，盡管過(guò)量Fe元素也帶來(lái)了應(yīng)變改變，但這會(huì)導(dǎo)致FexRh1-x薄膜在整個(gè)溫度范圍保持鐵磁性，故無(wú)法利用改變Fe含量的方式來(lái)調(diào)控相變溫度。此外，相變溫度降低還可能是受價(jià)帶電子濃度(s+d電子/原子數(shù)量)的影響，當(dāng)Rh取代Fe時(shí)，價(jià)帶電子濃度增加，相變溫度也會(huì)隨之降低[15]。 圖4 FexRh1-x薄膜溫度相關(guān)歸一化磁化曲線 對(duì)Fe0.49Rh0.51薄膜樣品進(jìn)行磁熱特性測(cè)量，從300 K加熱至390 K，其中300～360 K時(shí)每隔20 K采集一次數(shù)據(jù)，360～390 K時(shí)每隔10 K采集一次數(shù)據(jù)，不同溫度的等溫磁化曲線見(jiàn)圖5(a)，經(jīng)過(guò)式(1)處理后，得到3 T時(shí)，該樣品磁熵隨溫度變化如圖5(b)所示。 (1) 式中：ΔS為磁熵，J/(kg·K)；T為溫度，K；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，Oe；M為磁化強(qiáng)度，emu/cm3。 由圖5(b)可見(jiàn)，在3 T的外加磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)e0.49Rh0.51樣品磁熵隨溫度升高先增加后減小，在365 K時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)ΔSmax=14 J/(kg·K)，略低于塊體FeRh合金的磁熵值(ΔS≈16 J/(kg·K))[16]，這可能是無(wú)序及二維尺寸下相變過(guò)程中鐵磁相之間的相互作用所導(dǎo)致的。由此可見(jiàn)，F(xiàn)exRh1-x系薄膜(x=0.49)一階相變的高磁熵在磁熱領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力，特別是在微型電子器件領(lǐng)域。 (a)等溫磁化曲線 (b)磁熵曲線 (1)隨著x由0.42增至0.58，F(xiàn)exRh1-x薄膜(0.4 (2)當(dāng)x>0.5時(shí)，F(xiàn)exRh1-x薄膜在室溫下為鐵磁相，當(dāng)x<0.5時(shí)，其在室溫下為反鐵磁相，這與基于第一性原理的理論計(jì)算結(jié)果相同，可能是由于Fe原子最近鄰環(huán)境變化所致。富Fe的FexRh1-x薄膜室溫下飽和磁化強(qiáng)度低于理論值，這可能因?yàn)樗茦悠分写嬖跓o(wú)序相，這一點(diǎn)通過(guò)理論計(jì)算也得到驗(yàn)證。 (3)隨著Rh含量的增加(x由0.49減少至0.42)，F(xiàn)exRh1-x薄膜的AFM→FM相變溫度由350 K降至270 K，熱滯由50 K降至30 K，相變溫度范圍由60 K增至120 K，這歸因于Rh原子取代Fe原子所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)變以及價(jià)帶電子濃度增加。 (4)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果顯示，可通過(guò)改變Rh含量及其帶來(lái)的面外晶格中膨脹/收縮行為來(lái)研究 FexRh1-x薄膜的溫度誘導(dǎo)相變行為，與溫度相關(guān)的磁化測(cè)量結(jié)果與晶格參數(shù)變化非常吻合，并且該轉(zhuǎn)變發(fā)生的溫度范圍和轉(zhuǎn)變行為可通過(guò)改變薄膜中Rh含量來(lái)控制。 (5)在3 T的外加磁場(chǎng)作用下，F(xiàn)exRh1-x(x=0.49)薄膜的磁熵值最大可達(dá)到14 J/(kg·K)，較大的一階磁熵使得其在磁熱領(lǐng)域有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。3 結(jié)論
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