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《稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响》篇一一、引言随着科技的发展，合金材料因其优良的物理和机械性能被广泛应用于各个领域。
其中，Zn-Al-Mg-Si系合金以其优异的铸造性能和机械性能成为了众多研究者关注的焦点。
而稀土元素的加入则被视为进一步改善合金性能的有效途径。
本篇论文主要探讨了稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的组织和力学性能的影响。
二、稀土元素与合金的相互作用稀土元素因其独特的电子结构和物理化学性质，在合金中具有显著的细化晶粒、提高强度和耐腐蚀性等作用。
当稀土元素加入到Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金中时，会与合金中的元素发生交互作用，形成一种更稳定、更均匀的微观结构。
三、稀土元素对合金组织的影响1. 晶粒细化：稀土元素的加入显著地细化了合金的晶粒，使合金的微观结构更加均匀。
这种晶粒细化效应能够提高合金的力学性能，特别是抗拉强度和韧性。
2. 相结构变化：稀土元素的加入会影响合金的相结构，形成新的相或改变原有相的形态和分布。
这些新相或改变后的相能够有效地提高合金的硬度和耐磨性。
四、稀土元素对合金力学性能的影响1. 抗拉强度：由于晶粒细化和相结构的变化，稀土元素的加入显著提高了合金的抗拉强度。
抗拉强度的提高使得合金在承受拉伸力时不易断裂，提高了其使用寿命。
2. 韧性：稀土元素的加入能够改善合金的韧性，使合金在受到冲击或振动时不易产生裂纹或断裂。
这种改善有助于提高合金的安全性和可靠性。
3. 硬度与耐磨性：由于新的相或改变后的相的形成，稀土元素的加入提高了合金的硬度和耐磨性。
这使得合金在高温、高压、高磨耗等恶劣环境下具有更好的性能表现。
五、实验结果与讨论通过实验，我们观察了不同稀土元素含量对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响。
结果表明，适量稀土元素的加入能够显著细化晶粒，改变相结构，从而提高合金的抗拉强度、韧性和硬度等力学性能。
AlO C N元素添加对铁钴基合金软磁薄膜性能影响的研究优秀毕业论文精品参考文献资料AbstractRecently,soft magnetic thin film has been increasingly applied in industry accompanying the rapid development of electronic information．When the soft magnetic thin films were used as perpendicular magnetic recording head or magnetic induction devises，high saturation magnetization，low coercive force，good high frequency response characteristics were desired．So，it is necessary and significant tostudy and improve the soft magnetic properties and high frequency response characteristics of soft magnetic thin films．FeCo alloy has been studied systematically because of its highest saturation magnetization．However，it is difficult to obtain excellent soft magnetic properties in FeCo alloy due to its large magnetocrystallineanisotropy constant and saturationmagnetostriction coefficients．Therefore，it is oneimportant challenge to improve the soft magnetic properties of FeCo alloy films while maintain its high saturation magnetization．Using suitable underlayers between the substrate and the FeCo films and adding the third element to FeCo Mloy films are theproper methods．In this thesis，three series of FeCo-based thin films were prepared by RF magnetron sputtering．The influence of adding A1-O，C，and N to FeCo films onsoft magnetic properties and high frequency characteristics were sudied．The main results are asfollows：I．FeCoAlo fiires1)The FeCoAIO films have high saturation magnetization and good soft magnetic properties：Hce=5．20e，Hch=3．60e．47rMs=21．3kG．The improvement of softmagnetic proerties can be attributed to the refine of grain size in FeCoAl0 films．The amorphous AI-O matrix lies at the boundary of FeCo crystalline granules andlimits the grains growing，consequently，enhancing the exchange coupling amonggrains and reducing the effective anisotropy．2)The softmagnetic properties of FeCoAIO films are intimately correlated withthesputtering condition．The best sputtering condition：sputtering power P=400W；sputtering pressure PAr=4mTorr；film thickness t=500nm．优秀毕业论文精品参考文献资料3)The dynamical magnetizing model of FeCoAlO films is traditional dampingmodel．As the content percent舢％increases from 6％to 1 4．6％，the cut—off frequency increases from 0．6 GHz to 1．0 GHz，and meanwhile，the permeability decreasesslightly．11．FeCoAloC films1)If C element Was introduced into FeCoAlO films by sputting inorganic graphite，largeclusters mixing诵tll FeCo granules were formed in films，resluting in large stress and deteriorated soft magneticproperties．2)If C element Was introduced into FeCoAl0 films by sputting organic epoxy resin，the nanocrystalline structure was formed when Sc％----O．42％，and at the same time，high saturation magnetization，good soft magnetic properties and high frequency characteristics were obtained．When Sc％=0．28％，FeCoAlOCnanocrystalline films show best soft magnetic properties ：鼠P=1．70e，如=2．10e；4zrMs=20kG；石=2．8GHz，∥'=300．3)High frequency curves of FeCoAIOC nanocrystalline films show obviousresonance characteristics．The simulation results of hi曲frequency curves by LLG equation agree well with the experiment results．4)With the increase of C，amorphous FeCoAIOC films were obtained．Thecoercivities decrease further because the grain boundary disappearances．Nevertheless，the magnetic moments of Fe and Co in amorphous films are lower than that in crystalline films．So，the saturation magnetization of amorphous filmsdrastically drops．Although the resistivity of amorphous films is high，the permeability and cut·-off frequency are lower due to the disappearance of in-·plane uniaxial anisotropy and the increase of natural resonance loss．5)The amorphous FeCoAIOC films were annealled by slow and rapid speed thermalprocess，respactively．It is expected that the amorphous FeCoAIOC films could be crystallized and smaller grain size of nanocrystalline could be obtained in thermal process．It is found out that grain growth was inevitable in slow speed thermal process while a new chemical compound Was generated in rapid speed thermal process．Both results will lead to the deterioration of soft magnetic properties．IV优秀毕业论文精品参考文献资料III．FeCoAlON fiires1)When the nitrogen partial pressure is low(N2％兰0．2％)，the saturationmagnetization of FeCoAION films is high(about 20kG)and the coercivity is low (3～40e)．The microstructure indicates that adding N is beneficial to the refinement of grain size，which result in the improvement of soft magnetic properties．2)With the increasing of nitrogen partial pressure(N2％至0．4％)，strip domainwere formed in FeCoAlON films．The magnetization has perpendicularcomponent alone the normal direction of film plane and the magnetoelastic anisotropy energy is high，which leads to the deterioration of soft magnetic properties and the disappearance of in—plane uniaxial anisotropy．3)The dynamic magnetizing model of FeCoAlON thin films with low nitrogenis conventional dampingmodel．Thepermeability at low frequency is high(about600)while the cut-off frequency is low(0．5GHz)．4、The dynamic magnetizing process of FeCoAlON thin films with highnitrogen contents is complicated，showing natural resonance characteristics．Furthermore，more than one resonance peaks along both the hard and the easy axis wereobserved．Keywords：FeCo-based thin film；Nanocrystalline soft magnetic；Amorphous soft magnetic；Frequency response．原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。
《稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响》篇一一、引言稀土元素因其独特的电子结构和化学性质，在金属材料中具有显著的改善作用。
Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金作为一种常见的铝合金，其性能可通过添加稀土元素进行优化。
本文将研究稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金的组织和力学性能的影响，旨在为稀土元素的合金化应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验采用Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金作为基体，分别添加不同含量的稀土元素（如铈、镧等）进行合金化处理。
2. 实验方法（1）合金制备：按照设计比例将稀土元素与Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金混合，进行熔炼、浇注、凝固等工艺，制备出不同稀土含量的合金试样。
（2）组织观察：利用金相显微镜、扫描电镜等设备观察合金的微观组织结构。
（3）力学性能测试：对合金进行拉伸、压缩、硬度等力学性能测试。
三、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织的影响1. 稀土元素的加入明显改善了合金的微观组织结构。
在金相显微镜下，可以观察到添加稀土元素后，合金的晶粒尺寸变小，晶界更加清晰，且晶内第二相的分布更加均匀。
2. 扫描电镜观察发现，稀土元素的加入有助于细化合金中的第二相粒子，提高其分布的均匀性。
这些第二相粒子对合金的力学性能具有重要影响。
四、稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金力学性能的影响1. 拉伸性能：添加适量稀土元素的Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金，其抗拉强度和延伸率均有显著提高。
这主要归因于稀土元素的加入细化了晶粒，改善了第二相的分布和数量。
2. 压缩性能：稀土元素的加入使合金的压缩强度得到提升。
在高压下，稀土元素可以与基体形成稳定的固溶体，从而提高合金的抗压性能。
3. 硬度：随着稀土元素含量的增加，合金的硬度呈现出先增加后稳定的趋势。
稀土元素以及C N对铁钴基合金软磁材料微观结构和磁性能的影响摘要Fe、Co基有序合金常用于自旋阀和磁性隧道结等自旋电子元器件的铁磁电极材料，如何有效调控其铁磁电极材料的自旋极化电子结构，是开发新一代超高密度信息存储材料的重要课题之一。
本文基于密度泛函理论的第一性原理，首先研究了BCC Fe、Co的自旋极化电子结构，进而计算了Fe3Co（DO3结构），FeCo（B2结构），及FeCo3（DO3结构）有序合金的自旋极化电子结构。
计算结果表明，Fe3Co、FeCo及FeCo3的磁矩分别为μ = 9.31 μB、4.47 μB和8.01 μB; 费米面处的自旋极化率分别为P = 9.5%、78.1%和80.1%。
自旋极化率随着Co含量的增加而增大。
对合金晶体结构进行第一性原理计算是研究其性质的一种非常重要的方法，将对分析研究上述结构和性质的变化起到一定的理论指导作用。
本文通过文献调查铁钴合金的电子结构和原子磁矩，然后用添加稀土元素，采用非自耗真空电弧炉冶炼Fe50Co50－x RE x( RE = La、Ce、Gd、Dy) 合金锭。
通过MS软件等测试分析手段对添加稀土元素对FeCo合金的微观组织和磁性能影响做了系统研究。
结果表明，稀土元素的添加会在周围形成富稀土相，当含量较高时还会出现过渡相。
添加稀土是FeCo合金的磁导率增大。
关键词：自旋电子学；FeCo有序合金；磁性分析；微观组织第一章绪论1.1磁学发展概述磁学(magnetism)，又称为铁磁学(ferromagnetism)，是现代物理学的一个重要分支。
现代磁学是研究磁，磁场，磁材料，磁效应，磁现象及其实际应用的一门学科。
磁学和电学有着直接的联系。
经典磁学认为如同电荷一样，自然界中存在着独立的磁荷。
相同的磁荷互相排斥，不同的磁荷互相吸引。
而现代磁学则认为环形电流元是磁极产生的根本原因，相同的磁极互相排斥，不同的磁极互相吸引。
独立的磁荷是不存在的。
稀土材料的力学性能与微观结构关系在现代材料科学的广袤领域中，稀土材料以其独特而卓越的性能占据了重要的一席之地。
稀土材料的优异力学性能，如高强度、高硬度、良好的韧性等，使其在众多领域，如航空航天、电子信息、新能源等，发挥着关键作用。
而要深入理解稀土材料这些出色的力学性能，就必须探究其微观结构的奥秘。
稀土材料的微观结构主要包括晶体结构、原子排列、相组成以及各种微观缺陷等。
晶体结构是决定材料力学性能的基础。
以常见的稀土永磁材料为例，其具有特定的晶体结构，如钕铁硼永磁材料的四方晶体结构，这种结构使得原子间的相互作用达到一种较为稳定和有效的状态，从而赋予了材料强大的磁性能和一定的力学性能。
原子排列的规则性和紧密程度对力学性能有着显著影响。
在稀土材料中，原子排列越规整、紧密，材料的强度和硬度往往越高。
比如，在一些稀土金属间化合物中，由于原子间的化学键较强且排列紧密，使得材料能够承受较大的外力而不变形。
相组成也是影响稀土材料力学性能的重要因素。
不同的相具有不同的物理和化学性质。
在复杂的稀土材料体系中，多相的协同作用可以优化力学性能。
例如，在某些稀土合金中，通过控制不同相的比例和分布，可以同时提高材料的强度和韧性。
微观缺陷，如空位、位错、晶界等，虽然在微观尺度上看似微不足道，但它们对稀土材料的力学性能却有着不可忽视的影响。
空位的存在可能会导致局部原子结合力减弱，从而降低材料的强度；位错则可以在材料受到外力时发生运动，影响其塑性变形能力；晶界作为不同晶粒之间的过渡区域，其结构和性质对材料的断裂韧性等性能有着关键作用。
稀土材料的力学性能表现多样，如拉伸性能、压缩性能、疲劳性能等。
拉伸性能反映了材料在受拉时的抵抗能力，包括抗拉强度、屈服强度和伸长率等指标。
这些指标与材料的微观结构密切相关。
高强度的稀土材料通常具有更紧密的原子排列和更稳定的晶体结构，能够承受较大的拉伸应力而不发生断裂。
压缩性能则考察材料在受压时的稳定性和承载能力。
稀土和磁材的关系全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：稀土和磁材一直以来都有着密不可分的关系。
稀土元素是磁铁材料中的重要组成部分，对于磁性的产生和增强起着关键作用。
稀土元素中的镝、钬、铕等具有较高的磁化强度和磁能积，可以大大提高磁性材料的性能，并且在现代科技领域中有着广泛的应用。
稀土元素的磁性是由它们特殊的电子结构决定的。
稀土元素的电子结构中存在着未成对的电子，这些未成对的电子之间存在着较强的磁矩相互作用，从而使得稀土元素具有较强的磁性。
相比之下，普通的过渡金属元素往往只有部分未成对的电子，因此它们的磁性要弱得多。
稀土元素的磁性又被称为“强磁性”，具有较大的磁矩和磁化强度，可以在较低的磁场下实现饱和磁化，同时在室温下也能保持较高的磁性。
磁性材料是目前电子产品、通讯设备、医疗器械等领域中不可或缺的材料。
它们可以用于制造磁头、电机、传感器等器件，广泛应用于各个领域。
而稀土元素的加入可以大大提高磁性材料的性能，例如提高磁化强度、增加磁能积、改善磁滞回线等，从而使得磁性材料在各种应用中表现出更好的性能和稳定性。
稀土和磁材的关系不仅体现在磁性材料的制备过程中，还体现在磁性材料的研究和发展中。
在当前的科研领域中，人们一直致力于寻找新的稀土元素材料，以及研究如何利用稀土元素来改善磁性材料的性能。
一些稀土磁性材料如NdFeB、SmCo等已经成为现代工业中广泛应用的材料，它们在电机、磁体、传感器等领域中发挥着重要作用。
稀土元素的资源稀缺性也给磁性材料的应用带来了一定的困扰。
大部分稀土元素只存在于少数国家的矿床中，且采矿成本较高，因此稀土元素的供给也存在一定的不确定性。
近年来，为了减少对稀土元素的依赖，人们不断努力寻找替代稀土元素的材料，或者改进磁性材料的配方，以减少对稀土元素的需求。
稀土元素和磁性材料之间存在着密切的关系，稀土元素的加入可以大大提高磁性材料的性能，从而拓展了磁性材料在各个领域中的应用。
稀土元素资源的稀缺性也给磁性材料的应用带来一定的挑战，因此人们需要不断努力寻找解决方案，以确保磁性材料的稳定供给和持续发展。
第19卷第5期2009年9月黑龙江科技学院学报Journa l o fH e ilongjiang I nstitute o f Science&TechnologyV o.l19N o.5Sep.2009文章编号:1671-0118(2009)05-0335-04稀土元素Ce对T i-N i形状记忆合金力学性能的影响刘爱莲1,徐家文1,孙俭峰1,蔡伟2(1.黑龙江科技学院材料科学与工程学院,哈尔滨150027;2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:采用拉伸试验研究了稀土元素Ce对T i-N i合金力学性能的影响,通过扫描电镜对T i-N i-Ce合金的断口形貌进行观察。
实验结果表明,添加稀土元素Ce使T i-N i合金的应力)应变行为有显著影响。
在马氏体状态拉伸时,当x(C e)低于0.5%时,合金的应力)应变曲线出现明显的屈服平台;而当x(C e)超过1%时,合金的应力)应变曲线上无明显的屈服平台,以连续屈服和强烈的加工硬化为特征。
随C e加入量增加,合金的延伸率降低、脆性增大,断裂类型由微孔聚集型的韧性断裂逐渐转变为沿晶脆性断裂。
因此,Ce的加入量不能超过1%,否则将损害T i-N i 合金的使用性能。
关键词:T i-N i形状记忆合金;稀土C e;力学性能;断口形貌中图分类号:TG13916;TG14614文献标识码:AEffect of rare ear th Ce add ition on mechanical properties ofTi-Ni shape memory all o ysLIU A ilian1,X U J iaw en1,SU N J ianfeng1,CAI W ei2(1.College o fM ater i a ls Science and Eng ineer i ng,H eil ong ji ang Instit ute o f Sc ience and T echno l ogy,H arb i n150027,China;2.Co llege o fM ater i a ls Science and Eng i nee ri ng,H arb i n Instit u te of T echno logy,H arb i n150001,Ch i na)Abst ract:This paper presents the study of effect o fC e addition on t h e m echanical properties ofT i-N i(x(N i)50.7%)alloy by tensile tests and i n vestigation into t h e fracture m orpho l o gy ofT i-N i-C e a-l l o ys by SE M i n the paper.The results sho w that Ce add ition g i v es an evident effect on the stress-stra i n curves ofT i-N i alloys.W hen the a lloys are subjected to tension underm artensitic state,the stress-stra i n curve of T i-N i a ll o y w ith0.5%x(C e)or less g i v es eviden t stress p lateau;the tensile stress-stra i n curve o fT i-N i a lloy conta i n i n g1%x(Ce)or m ore sho w s no ev ident stress plateau and the stress-stra i n curve is characterized by continuous y ieldi n g and high w ork har den i n g.Increase of Ce content leads to the e l o ngation decreases and t h e brittleness i n creases.I ncreasi n g C e content resu lts i n g radual changes fro m ductil e rupture to brittle one in the fracture type ofT i-N i-Ce a lloys.Ce add ition ofm ore than1% is like l y da m age the perfo r m ance o fT i-N i a ll o ys.K ey w ords:T i-N i shape m e m ory alloy;rare earth Ce;m echanical property;fracture m or pho l o gy收稿日期:2009-08-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(50471018)作者简介:刘爱莲(1975-),女,河南省商水人,讲师,博士,研究方向:形状记忆合金,E-ma i:l li ua ili an@。
稀土元素对晶体结构和性能的影响引言：稀土元素是地表最为丰富的元素之一,其特殊的电子配置和相互作用使其在材料科学领域发挥着重要的作用。
本文将探讨稀土元素对晶体结构和性能的影响，包括晶体结构的稳定性和改善、晶格缺陷修复、光电性能的提升以及磁性等方面。
一、稀土元素的晶体结构稳定性和改善稀土元素的电子壳层分布与传统元素不同，使之具有较高的耦合能和强的配位能力，这使得稀土元素在晶体结构稳定性和改善中扮演着重要角色。
稀土元素可以以不同价态存在于晶体中，这导致晶体结构的复杂性和多样性。
例如，锶铈钛酸钠等稀土元素复合材料，在不同稀土元素掺杂的情况下，其晶体结构和性能都会有所改变。
稀土元素的掺杂可以改变材料表面电荷分布，促进晶体结构的稳定。
稀土元素还可以通过改善晶体缺陷结构来提高晶体材料的性能。
稀土元素可以填补晶格缺陷，减少晶体的缺陷密度。
例如，稀土元素的掺杂可以增加钙钛矿太阳能电池中的空穴，减少材料的缺陷密度，从而提高光电转换效率。
二、稀土元素的晶格缺陷修复晶体的缺陷对材料的性能有着重要影响。
稀土元素作为材料的掺杂剂，可以修复晶格的缺陷，并提高材料的性能。
稀土元素可以填充晶体的空位，减少晶体缺陷的数量。
例如，稀土元素掺杂的氧化物材料可以提高其尺寸稳定性和化学稳定性。
稀土元素掺杂的铁氧体材料可以降低材料的烧结温度和改善其磁性能。
稀土元素还可以修复晶格缺陷，增强材料的力学性能。
稀土元素掺杂的钢材料在高温下表现出更好的抗氧化性能和高温强度。
三、稀土元素的光电性能提升稀土元素具有较窄的能带宽度和特殊的能级分布，使得它们在光学和电学领域具有重要应用价值。
稀土元素可以通过调控晶体能带结构来提高材料的光电转换效率。
稀土元素掺杂的硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上均有明显提高。
稀土元素的光谱特性可以有效地改善材料的光吸收和光辐射性能。
稀土元素还能够调节材料的荧光性能。
稀土元素掺杂的荧光材料在LED显示器和荧光灯中具有广泛应用。
铁基软磁材料的微观结构与磁性能研究铁基软磁材料是一种重要的材料，在电子、通信和能源领域有着广泛的应用。
为了进一步提升其性能，研究者们一直在努力深入理解材料的微观结构与磁性能之间的关系。
本文将讨论铁基软磁材料的微观结构对其磁性能的影响，并介绍一些相关研究进展。
铁基软磁材料的微观结构是决定其磁性能的重要因素之一。
材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界等微观结构参数都会对磁性能产生影响。
首先，晶体结构指的是材料中铁原子的排列方式。
不同的晶体结构会导致磁矩的不同排列方式，进而影响材料的磁滞回线和磁导率等磁性能指标。
例如，铁氧体材料具有典型的立方晶体结构，其磁矩沿着晶体的八个对角线方向排列，使得铁氧体具有较大的矫顽力和饱和磁化强度。
而另一种常见的材料，如钕铁硼，具有六方晶体结构，其磁矩则在晶体内部按照规则的六方向排列，从而表现出较大的剩磁和矫顽力。
其次，晶粒尺寸也是影响铁基软磁材料磁性能的重要因素。
晶粒尺寸越小，晶界面积相对较多，磁矩在晶界面上的转向就更加困难，导致材料的磁导率降低。
然而，较小的晶粒尺寸却能够提高材料的矫顽力和抗磁畴壁移动的能力，从而增加材料的饱和磁化强度。
因此，在研究铁基软磁材料的微观结构时，需要平衡晶界界面和磁矩转向之间的相互影响。
此外，晶界也是控制铁基软磁材料性能的重要因素之一。
晶界是相邻晶粒之间的界面，其结构和性质可能与晶粒内部不同。
晶界对磁性能的影响主要表现在两个方面：界面化学成分和结构应力。
界面化学成分的变化可以改变材料的电子结构和磁矩分布，从而影响材料的磁性能。
结构应力则是由于晶粒尺寸不均匀或晶体生长过程中的应力导致的，它能够改变磁畴壁的移动方式和磁化率的大小。
因此，研究晶界的结构与性质对于理解铁基软磁材料的磁性能至关重要。
近年来，随着材料科学和表征技术的快速发展，研究者们取得了一些关于铁基软磁材料微观结构与磁性能之间关系的重要进展。
例如，利用透射电子显微镜（TEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）等技术，可以直接观察到材料的晶体结构和晶界的形貌。
稀土元素以及C N对铁钴基合金软磁材料微观结构和磁性能的影响摘要Fe、Co基有序合金常用于自旋阀和磁性隧道结等自旋电子元器件的铁磁电极材料，如何有效调控其铁磁电极材料的自旋极化电子结构，是开发新一代超高密度信息存储材料的重要课题之一。
本文基于密度泛函理论的第一性原理，首先研究了BCC Fe、Co的自旋极化电子结构，进而计算了Fe3Co（DO3结构），FeCo（B2结构），及FeCo3（DO3结构）有序合金的自旋极化电子结构。
计算结果表明，Fe3Co、FeCo及FeCo3的磁矩分别为μ = 9.31 μB、4.47 μB和8.01 μB; 费米面处的自旋极化率分别为P = 9.5%、78.1%和80.1%。
自旋极化率随着Co含量的增加而增大。
对合金晶体结构进行第一性原理计算是研究其性质的一种非常重要的方法，将对分析研究上述结构和性质的变化起到一定的理论指导作用。
本文通过文献调查铁钴合金的电子结构和原子磁矩，然后用添加稀土元素，采用非自耗真空电弧炉冶炼Fe50Co50－x RE x( RE = La、Ce、Gd、Dy) 合金锭。
通过MS软件等测试分析手段对添加稀土元素对FeCo合金的微观组织和磁性能影响做了系统研究。
结果表明，稀土元素的添加会在周围形成富稀土相，当含量较高时还会出现过渡相。
添加稀土是FeCo合金的磁导率增大。
关键词：自旋电子学；FeCo有序合金；磁性分析；微观组织第一章绪论1.1磁学发展概述磁学(magnetism)，又称为铁磁学(ferromagnetism)，是现代物理学的一个重要分支。
现代磁学是研究磁，磁场，磁材料，磁效应，磁现象及其实际应用的一门学科。
磁学和电学有着直接的联系。
经典磁学认为如同电荷一样，自然界中存在着独立的磁荷。
相同的磁荷互相排斥，不同的磁荷互相吸引。
而现代磁学则认为环形电流元是磁极产生的根本原因，相同的磁极互相排斥，不同的磁极互相吸引。
独立的磁荷是不存在的。
由于电子围绕原子核的运动，所有的物质都具有某种特别的磁学效应。
但是在自然界，铁，镍，钴等材料表现了很强的磁特性，所以磁学又被称为铁磁学。
我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是关于磁的最早记载。
类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到：“慈石召铁，或引之也”。
东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到：“石，铁之母也。
以有慈石，故能引其子。
石之不慈者，亦不能引也”。
在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。
相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。
法国物理学家库仑(Coulomb)于1785年确立了静电荷间相互作用力的规律——库仑定律之后，又对磁极进行了类似的实验后证明：同样的定律也适用于磁极之间的相互作用。
这就是经典磁学理论在磁场的经典理论中，一个最基本的公式就是一个单独的没有任何尺寸大小的磁极在磁场中所受到的作用力的公式。
但是和电场理论中的电荷的概念不一样，电场中的独立的正负电荷可以单独存在，而单独的正负磁极实际上是不存在的，磁极从来都是成对出现的。
正负磁极一般称为磁北极和磁南极。
为了避免这种理论上的困难，经典磁场理论认为一个非常细长的磁铁中的一个磁极则可以被近似地看着是一个单独的磁极。
根据这样一个假设，从而可以得出一个单独的磁极在磁场中所受到的力和磁极本身的强度成正比，和磁极所在地点的磁场强度成正比的关系式。
现代磁学电磁理论在经典磁场理论中，绝大多数的公式都是正确的，并且也一直沿用至今，但是在整个理论中最根本的问题是它采用了一个实际上并不存在的所谓单独的磁极的假设。
这就是经典磁学理论中的所谓库伦方法的一个致命弱点。
丹麦物理学家奥斯特在1820年发现，一条通过电流的导线会使其近处静悬着的磁针偏转，显示出电流在其周围的空间产生了磁场，这是证明电和磁现象密切结合的第一个实验结果。
紧接着，法国物理学家安培等的实验和理论分析，阐明了载着电流的线圈所产生的磁场，以及电流线圈间相互作用着的磁力。
通过应用电流元产生磁场的方法，磁场理论中的很多概念和电场理论中的很多概念十分相近。
安培同时提出，铁之所以显现强磁性是因为组成铁块的分子内存在着永恒的电流环，这种电流没有像导体中电流所受到的那种阻力，并且电流环可因外来磁场的作用而自由地改变方向。
这种电流在后来的文献中被称为“安培电流”或分子电流。
在电场和磁场的理论中，洛伦兹(Lorentz)公式具有非常重要的意义，这个公式给出了一个运动中的电荷在电场和磁场中所受到的力的大小和方向。
1.2磁性材料宏观现象1.2.1磁矩在原子中，电子因绕原子核运动而具有轨道磁矩；电子还因自旋具有自旋磁矩；原子核、质子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。
这些对研究原子能级的精细结构，磁场中的塞曼效应以及磁共振等有重要意义，也表明各种基本粒子具有复杂的结构。
分子的磁矩就是电子轨道磁矩以及电子和核的自旋磁矩构成的(μ=μs+μl=g s p s+g l p l)，磁介质的磁化就是外磁场对分子磁矩作用的结果。
粒子的内禀属性。
每种粒子都有确定的内禀磁矩。
自旋为s的点粒子的磁矩μ由给出，式中e和m分别是该粒子的电荷和质量，g是一个数值因子。
自旋为零的粒子磁矩为零。
自旋为1/2的粒子，g=2；自旋为1的粒子，g=1；自旋为3/2的粒子，g=2/3。
理论上普遍给出g=1/s。
粒子磁矩可通过实验测定。
但实验测定结果并不与此相符，其间差别称为反常磁矩。
对于自旋均为1/2的电子、μ子、质子和中子，精确测定其g因子分别为电子g/2=1.001159652193（10）μ子g/2=1.001165923（8）质子g/2=2.792847386（63）中子g/2=－1.91304275（45）粒子反常磁矩的来源有二：一是量子电动力学的辐射修正，电子、μ子属于这种情形，即使是点粒子，粒子产生的电磁场对其自身的作用导致自旋磁矩的微小变化，这一改变可以严格地用量子电动力学精确计算，结果与实验测定符合得很好；另一是由于粒子有内部结构和强相互作用的影响，质子和中子属于这种情形，质子和中子的反常磁矩用于分析其内部结构。
1.2.2磁化强度磁化强度，magnetization，描述磁介质磁化状态的物理量。
是磁化强度，通常用符号M表示。
定义为媒质微小体元ΔV内的全部分子磁矩矢量和与ΔV之比，即对于顺磁与抗磁介质，无外加磁场时，M恒为零;存在外加磁场时，则有其中H是媒质中的磁场强度，B是磁感应强度,μo是真空磁导率,它等于4π×10^-7H/m。
Ⅹ是磁化率，其值由媒质的性质决定。
顺磁质的Ⅹ为正，抗磁质的Ⅹ为负。
1.2.3磁场强度和磁感应强度磁场强度在磁荷意义下，磁场强度的定义为：在介质中，磁场强度则通常被定义为：[1]式中M 为磁化强度。
简易定义：把磁场中某点磁感应强度B与介质磁导率μ的比值叫作该点的磁场强度。
磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，常用符号B表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
1.4磁畴和畴壁磁畴(Magnetic Domain)理论是用量子理论从微观上说明铁磁质的磁化机理。
所谓磁畴，是指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同，如图所示：各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。
宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。
也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。
只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。
1.2.5磁滞现象磁滞现象简称磁滞。
磁性体的磁化存在着明显的不可逆性，当铁磁体被磁化到饱和状态后，若将磁场强度(H)由最大值逐渐减小时，其磁感应强度（符号为B）不是循原来的途径返回，而是沿着比原来的途径稍高的一段曲线而减小，当H=0时，B并不等于零，即磁性体中B的变化滞后于H的变化，这种现象称磁滞现象。
磁性物质都具有保留其磁性的倾向，磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化的，这种现象就是磁滞现象。
磁滞现象，在铁磁性材料中是被广泛认知的。
当外加磁场施加于铁磁性物质时，其原子的偶极子按照外加场自行排列。
即使当外加场被撤离，部分排列仍保持：此时，该材料被磁化。
一但被磁化了，其磁性会继续保留。
要消磁的话，只要施加相反方向的磁场就可以了。
1.3自旋电子学简介 自旋电子学（Spintronics ），是利用创新的方法，来操纵电子自旋自由度的科学，是一种新兴技术。
应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的电子极化率，以及较长的电子自旋弛豫时间。
许多新材料，例如磁性半导体、半金属等，近年来被广泛的研究，以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。
硬盘磁头是自旋电子学领域中，最早商业化的产品。
此外，尚有许多充满潜力的应用，例如磁性随机内存、自旋场发射晶体管、自旋发光二极管等。
1.3.1磁性隧道结---TMR 效应磁性隧道结（Magnetic Tunnel Junction ，MTJ ），其结构与自旋阀很类似，是由两个铁磁层中间夹一个绝缘层得到的三明治结构。
在固定层和自由层中间加的绝缘层通常是氧化铝。
磁性隧道结的结构如图1.1所示：图1.1 磁性隧道结的结构 Fig1.FM 为铁磁层，I 为绝缘层以绝缘层或半导体层作为隧道势垒的磁性多层膜即磁性隧道结中存在隧穿磁电阻(TMR)效应。
TMR 效应属于自旋极化电子输运过程，主要来自于自旋相关的隧穿过程。
由于磁性隧道结的层间耦合微弱，只需一非常小的外磁场便可得到较大的TMR ，所以TMR 的磁场灵敏度很高。
另外，磁性隧道结本身电阻率高，因而性能也更加稳定。
（1）隧道结磁电阻效应的理论解释Julliere 【2】模型：1975年，Julliere 在其所制备的Fe/Ge/Co 隧道结中发现，隧穿电导和两边铁磁体中磁化强度的相对方向有关。
在早期自旋极化隧穿的实验结果的基础上，Julliere 提出了一个关于FM/I/FM 隧道结的简单模型，并用来解释其实验上观测的隧穿电导的相对变化。
该模型采用类似Tedrow 和Meservey ，分析隧穿电导的方法，假设电子在隧穿过程中保持其能量和自旋方向不变，不同自旋方向的隧穿电导与两铁磁电极中相应自旋方向的态密度成正比。
这样当两铁磁层的磁化方向平行时，其零偏压隧穿电导为[]↓↓↑↑+=,2,1,2,1N N N N C G P这里C 为常数，N (1,2)(↑,↓)分别为两个铁磁电极费米面处↑，↓自旋电子的态密度。
