First-principles investigation on the transport properties of quaternary CoFeRGa (R = Ti, V, Cr, Mn, Cu, and Nb) Heusler compounds

文献情報

出版日 2020-09-17
DOI 10.1039/D0CP03226C
インパクトファクター 3.676
著者

Jingyu Li, Chi Zhang, Peng-Fei Liu


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要旨

The Heusler alloys CoFeRGa (R = Ti, V, Cr, Mn, Cu, and Nb) have similar chemical compositions, but exhibit remarkably distinct electronic structures, magnetism and transport properties. These structures cover an extensive range of spin gapless semiconductors, half-metals, semiconductors and metals with either ferromagnetic, ferrimagnetic, antiferromagnetic, or nonmagnetic states. The Heusler alloys have three types of structures, namely, type-I, type-II, and type-III. By means of first-principles calculation combined with the Boltzmann equation within the consideration of spin-freedom, we explore the transport feature of the most stable structure (type-I). In addition, we provide evidence that all the considered materials are mechanically and dynamically stable, possessing high strength and toughness to resist compression and tensile strain. Moreover, the distinct electronic (metallic, insulating, and half-metallic) properties and magnetic behaviors originate mainly from a cooperative electron transfer and electronic structures have been verified by our calculation. Finally, we found that the tunable electronic structure with varied atomic numbers has significant influence on the spin-Seebeck effect. Correspondingly, the calculated spin-Seebeck coefficient of CoFeCrGa is −60.29 μV K−1 at 300 K, which is larger than that of other quaternary Heusler compounds. Our results provide a band-engineering platform to design Heusler structures with different electronic behaviors in isomorphic compounds, which provide the way for accelerating the pre-screening of materials to advance and for using the quaternary Heusler compounds for potential applications in spin caloritronic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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