영구자석소재 디자인: Fe3Mn의 자성과 자기이방성에 대한 제일원리계산

Abstract

희토류의 희소성 문제로 희토류가 포함되지 않는 영구자석 물질을 찾기 위해 많은 노력들이 있다. 그로 인해 새로운 희토류가 없는 영구자석 소재를 디자인을 하려고 한다. Fe3Mn 구조가 bcc Fe 위에 bct FeMn구조를 올려진 구조이다. bct구조는 L10 구조의 원시 낱칸이다. 그래서 2p 물질을 도핑 하므로써 높은 대칭성이 깨져 높은 자기결정이방성에너지를 얻을 수 있다. 본 계산에서는 FeNi의 자성에 대한 제일원리 계산을 수행하기 위해 vasp을 사용하였으며 교환상관포텐셜은 GGA를 사용하고 끊어버림 에너지는 450 eV로 두었으며, 본 계산에서의 격자상수는 a= 2.805 Å, c= 5.692 Å 계산되어졌다. FeⅠ, FeⅡ의 자기모멘트는 1.93 FeⅢ의 자기모멘트는 2.31 μB이고 Mn의 자기모멘트는 1.08 μB 가지고 전체 자기모멘트는 7.25 μB을 가진다. 자기이방성 상수는 0.46 MJ/m3, 포화자화는 1.89 T을 가진다. 자기이방성 상수향상을 위해 2p 원소인 B, C, N, O을 도핑하여 보았다. 도핑을 했을 때 N도핑의 경우 포화자화는 1.17 T로 Fe3Mn보다 61% 감소하였으나 자기이방성상수는 0.79 MJ/m3로 수직자기이방성상수를 가지고 κ값은 0.85 로 도핑 전 Fe3Mn의 자기이방성상수(0.46 MJ/m3), κ(0.41)값의 대략 2배정도 크게 계산되었다.