Fe-Al 전이금속 화합물의 자성과 결정구조의 상관관계에 대한 밀도범함수연구

Abstract

Fe-Al 계의 전이금속 화합물은 구조적 안정성과 자성에 대한 이견이 많은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 B2, <TEX>$L1_2$</TEX>, 및 <TEX>$D0_3$</TEX> 구조를 갖는 Fe-Al 계 화합물의 자성과 원자구조의 상관관계를 논의하기 위해 전전자 총퍼텐셜선형보강평면파(all-electron fullpotential linearized augmented plane wave; FLAPW) 방법을 이용하여 일반기울기 근사(generalized gradient approximation; GGA) 하에서 계산하였다. 고려한 모든 구조에서 강자성이 비자성에 비해 안정한 것으로 계산되었다. Fe 원자의 계산된 스핀 자기모멘트는 B2, <TEX>$L1_2$</TEX> 구조에서 각각 0.771 <TEX>${\mu}_B$</TEX>, 2.373 <TEX>${\mu}_B$</TEX>의 값을 얻었고, <TEX>$D0_3$</TEX> 구조의 Fe(I) 및 Fe(II) 원자들은 각각 2.409 <TEX>${\mu}_B$</TEX>, 1.911 <TEX>${\mu}_B$</TEX>로 계산 되었다. <TEX>$Fe_3Al$</TEX>의 같은 조성을 갖는 <TEX>$L1_2$</TEX>와 <TEX>$D0_3$</TEX> 구조간의 안정성을 조사하기 위하여 형성 엔탈피 계산을 통해 강자성 상태에서 16 meV/atom의 에너지 차이로 <TEX>$D0_3$</TEX> 구조가 <TEX>$L1_2$</TEX> 구조보다 더 안정함을 확인하였다. 이 결과는 실험연구와 잘 일치하며, 원자구조와 전자구조의 분석을 통해 구조적 안정성과 자성에 대해 이해하였다. It is known that the Fe-Al transition metal compounds have a lot of disagreement about structural stability and magnetism. In this study, the correlation between magnetism and atomic structure of ordered <TEX>$B_2$</TEX>, <TEX>$L1_2$</TEX>, and <TEX>$D0_3$</TEX> structured Fe-Al compounds has been investigated using the all-electron full-potential linearized augmented plane wave (FLAPW) method based on the generalized gradient approximation (GGA). We found that considered all the structures were calculated to be stabilized in a ferromagnetic state. The calculated spin magnetic moments of the Fe atoms for B2 and <TEX>$L1_2$</TEX> structures were 0.771 and 2.373 <TEX>${\mu}_B$</TEX>, respectively, and that of Fe(I) and Fe(II) in <TEX>$D0_3$</TEX> structure calculated to be 2.409 <TEX>${\mu}_B$</TEX>, 1.911 <TEX>${\mu}_B$</TEX>, respectively. In order to investigate structural stability between <TEX>$L1_2$</TEX> and <TEX>$D0_3$</TEX> structures, we performed the formation enthalpy calculations. As a result, the <TEX>$D0_3$</TEX> structure is found to be more favorable than <TEX>$L1_2</TEX> one by energy difference 16 meV/atom, which is well consistent with the experimental observation. We understood about structural stability and magnetism for Fe-Al compounds in terms of analysis of their atomic and electronic structures.