Ni56.5Fe19.0-Ga24.5 là một loại hợp kim nhớ hình (shape memory alloy) với chuyển pha cấu trúc đƣợc nghiên cứu nhiều về thực nghiệm. Trong luận văn này chúng tôi tính toán năng lƣợng tổng cộng của hai pha cấu trúc khả dĩ và đánh giá nhiệt độ chuyển pha cấu trúc. Mô hình vật liệu Ni56.5Fe19.0-Ga24.5 đƣợc xây dựng có cấu trúc tinh thể lập phƣơng tâm mặt (fcc) và trực giao tâm khối (bco).
Hình 3.25 thể hiện sự phụ thuộc của năng lƣợng vào thể tích của Ni56.5Fe19.0Ga24.5 cho hai cấu trúc đó.
(a) fcc (b) bco
Hình 3.25: Sư phụ thuộc của năng lượng vào thể tích của Ni56.5Fe19.0Ga24.5 với hai pha cấu trúc fcc (a) và bco (b)
Từ hình 3.25, chúng ta tìm đƣợc hằng số mạng sau tối ƣu cho cấu trúc fcc là a=3.5746 Ao. Năng lƣợng tổng cộng ứng với giá trị này của hằng số mạng là E= - 42468.02162232 eV.
Tính toán cho hợp chất Ni56.5Fe19.0Ga24.5 nhƣng với cấu trúc tinh thể là trực giao tâm khối (body centered orthorhombic) và thu đƣợc kết quả là hằng số mạng tối ƣu a=2.8566 Ao, năng lƣợng tổng cộng là E= -42467.9949092 eV, nồng độ electron là 9.4. So sánh năng lƣợng tổng cộng giữa hai cấu trúc thì fcc là cấu trúc bền vững hơn cho vật liệu này.
Ngoài ra ta có thể suy ra nhiệt độ chuyển pha từ cấu trúc fcc sang cấu trúc bco của Ni56.5Fe19.0Ga24.5 vào khoảng:
44
Giá trị này sát với giá trị nhiệt độ chuyển pha cấu trúc là 300K thu đƣợc từ thực nghiệm [12].
Hình 3.26 đƣa ra kết quả tính toán mật độ trạng thái điện tử cho hai hƣớng spin lên và xuống của Ni56.5Fe19.0Ga24.5 ứng với hai cấu trúc fcc và bco. Các kết quả cho mô-men từ riêng phần và mô-men từ trung bình của Ni-Fe-Ga lần lƣợt có giá trị bằng mNi=0.18404 , mFe=2.02334 , mGa= -0.03480 và mtb= 0.4798912 cho cấu trúc là fcc và bằng mNi=0.25919 , mFe=2.31157 , mGa=-0.03033 , mtb=0.57821 cho cấu trúc là bco
Đánh giá sự thay đổi về thể tích khi xảy ra chuyển pha cấu trúc
Có thể nhận xét rằng, khi xảy ra chuyển pha giữa hai cấu trúc, cụ thể ở đây là hai cấu trúc fcc và bco thì cũng kéo theo sự thây đổi rất lớn về thể tích, tới 49%.
45 (b) bco
Hình 3.26: Mật độ trạng thái điện tử cho hai hướng spin lên và xuống
( ) của Ni-Fe-Ga a) fcc ; b) bco
Từ đồ thị mật độ trạng thái và các kết quả tính toán moment từ của Ni-Fe- Ga, ta kết luận rằng là vật liệu Ni-Fe-Ga có từ tính [12].
Các kết quả tính toán cũng cho biết số lƣợng các electron dẫn của Ni là 10, của Fe là 8, Ga là 3 và giá trị của nồng độ electron là 9.6 ứng với cấu trúc fcc và 9.4 ứng với cấu trúc bco so với giá trị 7.905 thu đƣợc từ thực nghiệm [12] .
Kết quả cho trƣờng siêu tinh tế của Ni56.5Fe19.0Ga24.5 đƣợc thể hiện ở bảng 3.5 dƣới đây:
46
Bảng 3.5: Trƣờng siêu tinh tế của hợp chất Ni-Fe-Ga ứng với hai pha cấu trúc fcc (a) và bco (b) Ni56.5Fe19.0 Ga24.5 (fcc) Hyperfine field Valence Core contribution Orbital 1s 2s 3s Ni -64.982 -44.208 -20.744 -2.476 -55.598 37.400 Fe -152.287 48.810 -201.097 -17.105 -431.771 247.779 Ga -58.594 1.079 -59.673 0.567 -0.327 0.839 (a) cấu trúc fcc Ni56.5Fe19.0 Ga24.5 (bco) Hyperfine field Valence Core contribution Orbital 1s 2s 3s Ni -59.440 -31.006 -28.434 -3.313 -73.356 48.235 Fe -158.297 72.823 -231.120 -19.283 -493.301 287.464 Ga -41.619 1.048 -42.667 0.576 0.037 0.435 (b) cấu trúc bco
Hai thành phần của trƣờng siêu tinh tế của Fe, Ga trong hợp kim có hƣớng ngƣợc chiều nhau nhƣng của Ni thì chúng lại cùng chiều với nhau trong cả hai cấu trúc fcc và bco
47