赫斯勒合金性能、生長與應(yīng)用

Claudia+Felser

自1903年，Claudia Felser首次發(fā)現(xiàn)Cu2MnSn以來，Heusler合金的發(fā)展已經(jīng)走過了100多年的歷史。它是一種極具應(yīng)用價值的形狀記憶材料和磁致冷材料。此外，它還是一種可能的磁性半金屬，在自旋電子學(xué)領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價值。然而，目前Heusler合金的實際應(yīng)用面臨著3個挑戰(zhàn)，一是單一均勻相的形成，二是避免界面和表面處的原子無序，三是材料要具有強烈的磁各向異性。為解決這些問題，科學(xué)家們從理論和實驗兩個方面對Heusler合金進行了細致深入的研究，獲得了很多進展。目前來看，很有必要對已有的理論和實驗結(jié)果進行總結(jié)，以便深入理解其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。

本書分7部分，共20章，涵蓋了Heusler合金的基礎(chǔ)理論、材料制備、器件應(yīng)用等多方面的內(nèi)容。第1部分 Heusler合金的基本理論，包括第1-2章，由Heusler合金研究的開拓者Galanakis和Felser教授執(zhí)筆。以最著名的NiMnSb為例，介紹Heusler合金的組成、結(jié)構(gòu)、分類和性能。解釋了其半金屬性的物理來源主要是d電子的貢獻。第2部分 Heusler合金的基本性能，包括第3-8章。分別討論了應(yīng)用自旋分辨光電子能譜研究Co2MnSi體塊和Co2MnSi/MgO界面處的電子結(jié)構(gòu)；Heusler合金的晶體結(jié)構(gòu)；納米尺度的Heusler合金的物理性質(zhì)；MgAgAs型Heusler合金中化學(xué)鍵的變化；立方、四方和六角晶格的Mn-基Heusler合金薄膜的磁電性質(zhì)；偏離化學(xué)計量比的Ni50-xCoxMn25+ySn25-y系統(tǒng)中的磁性相競爭等物理問題。第3部分 Heusler合金的應(yīng)用，包括第9-11章，分為自旋電子學(xué)、熱電器件和能量收集三個方向，其中熱電器件研究在目前的科學(xué)界尤為火熱。第4部分 二維的Heusler合金薄膜的生長與性能，第12章，主要介紹如何制備高自旋極化的合金薄膜。第5部分 Heusler合金薄膜的磁性，包括第13-15章。以Co2Mn0.6Fe0.4Si中的磁電子學(xué)為例，應(yīng)用穆斯堡爾譜和X射線磁圓二色譜分析合金薄膜性質(zhì)。第6部分 半金屬Heusler合金的器件應(yīng)用，包括第16-19章。主要包括巨磁電阻（GMR）效應(yīng)，自旋力矩振蕩器，各向異性磁致電阻效應(yīng)，磁場隧道結(jié)，交換偏置作用等。第7部分 Heusler合金的新性能，第20章。一些Heusler合金家族成員是可能的拓撲絕緣體材料，如ScPtBi。它們的結(jié)構(gòu)與閃鋅礦類似，可能包含有趣且豐富的物理行為。

本書由從事Heusler合金前沿研究的30多位歐美科學(xué)家共同完成，內(nèi)容詳實，參考文獻精煉。作為一個有著100多年發(fā)展歷史的學(xué)科，相關(guān)的研究文獻可以說是浩如煙海，本書的出現(xiàn)無疑可以極大地提高了解這一科學(xué)研究領(lǐng)域的效率，因此特別適合低年級的研究生作為Heusler合金研究入門的參考書目。

梁飛，博士研究生

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所