赫斯勒合金性能、生长与应用

Claudia+Felser

自1903年，Claudia Felser首次发现Cu2MnSn以来，Heusler合金的发展已经走过了100多年的历史。它是一种极具应用价值的形状记忆材料和磁致冷材料。此外，它还是一种可能的磁性半金属，在自旋电子学领域有潜在应用价值。然而，目前Heusler合金的实际应用面临着3个挑战，一是单一均匀相的形成，二是避免界面和表面处的原子无序，三是材料要具有强烈的磁各向异性。为解决这些问题，科学家们从理论和实验两个方面对Heusler合金进行了细致深入的研究，获得了很多进展。目前来看，很有必要对已有的理论和实验结果进行总结，以便深入理解其结构与性能之间的关系。

本书分7部分，共20章，涵盖了Heusler合金的基础理论、材料制备、器件应用等多方面的内容。第1部分 Heusler合金的基本理论，包括第1-2章，由Heusler合金研究的开拓者Galanakis和Felser教授执笔。以最著名的NiMnSb为例，介绍Heusler合金的组成、结构、分类和性能。解释了其半金属性的物理来源主要是d电子的贡献。第2部分 Heusler合金的基本性能，包括第3-8章。分别讨论了应用自旋分辨光电子能谱研究Co2MnSi体块和Co2MnSi/MgO界面处的电子结构；Heusler合金的晶体结构；纳米尺度的Heusler合金的物理性质；MgAgAs型Heusler合金中化学键的变化；立方、四方和六角晶格的Mn-基Heusler合金薄膜的磁电性质；偏离化学计量比的Ni50-xCoxMn25+ySn25-y系统中的磁性相竞争等物理问题。第3部分 Heusler合金的应用，包括第9-11章，分为自旋电子学、热电器件和能量收集三个方向，其中热电器件研究在目前的科学界尤为火热。第4部分 二维的Heusler合金薄膜的生长与性能，第12章，主要介绍如何制备高自旋极化的合金薄膜。第5部分 Heusler合金薄膜的磁性，包括第13-15章。以Co2Mn0.6Fe0.4Si中的磁电子学为例，应用穆斯堡尔谱和X射线磁圆二色谱分析合金薄膜性质。第6部分 半金属Heusler合金的器件应用，包括第16-19章。主要包括巨磁电阻（GMR）效应，自旋力矩振荡器，各向异性磁致电阻效应，磁场隧道结，交换偏置作用等。第7部分 Heusler合金的新性能，第20章。一些Heusler合金家族成员是可能的拓扑绝缘体材料，如ScPtBi。它们的结构与闪锌矿类似，可能包含有趣且丰富的物理行为。

本書由从事Heusler合金前沿研究的30多位欧美科学家共同完成，内容详实，参考文献精炼。作为一个有着100多年发展历史的学科，相关的研究文献可以说是浩如烟海，本书的出现无疑可以极大地提高了解这一科学研究领域的效率，因此特别适合低年级的研究生作为Heusler合金研究入门的参考书目。

梁飞，博士研究生

中国科学院理化技术研究所