Hf0.82Ta0.18Fe2 Laves相合金中Fe(6h)位点调控实现可调磁弹性转变与增强磁热效应

本文通过实验与理论计算相结合，揭示了Mn掺杂和Fe非化学计量比对Laves相Hf0.82Ta0.18Fe2合金磁弹性转变及磁热性能（MCE）的影响。研究发现Mn原子和Fe空位优先占据6h晶格位点，通过调控Fe-6h位点的电子态和Mn-Fe杂化作用，实现了190-260 K宽温区内1.7-2.2 J/(kg K)的"平台型"磁熵变（ΔSM），为设计高性能磁制冷材料提供了新思路。

　　

Highlight

我们通过调控Mn掺杂和Fe非化学计量比，在Hf_0.82Ta_0.18Fe₂ Laves相合金中实现了显著的磁热性能优化。这种"平台型"磁熵变响应在2 T磁场变化下展现出1.7-2.2 J/(kg K)的优异性能，工作温区覆盖190-260 K，为磁制冷技术提供了理想候选材料。

Experimental methods

采用电弧熔炼法制备了Fe_2-xMn_xHf_0.82Ta_0.18（x=0-0.06）和Fe_yHf_0.82Ta_0.18（y=1.94-1.98）系列合金。为确保均匀性，每个样品经过4-5次翻转熔炼，所有操作均在氩气保护下进行。

DFT calculations

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算揭示了Mn掺杂和Fe空位对电子结构的调控机制。特别构建了Hf_0.80Ta_0.20Fe₂母合金、Mn掺杂（Fe_1.95Mn_0.05和Fe_1.75Mn_0.25）及Fe缺陷（Fe_1.95和Fe_1.75）模型体系，为实验现象提供了理论支撑。

Results and discussion

X射线衍射（XRD）分析证实所有样品均形成单相六方C14结构（空间群P6₃/mmc）。Mn原子和Fe空位优先占据6h晶格位点，这一发现通过中子粉末衍射（NPD）和穆斯堡尔谱得到验证。有趣的是，Mn掺杂引起晶胞体积膨胀，而Fe空位导致晶格收缩，这种"双向调控"为精确控制磁弹性转变提供了新途径。

Conclusions

本研究系统阐明了6h位点调控对(Hf,Ta)Fe₂合金磁热性能的影响机制。通过Fe-6h位点的电子态微调和Mn-Fe有限杂化作用，成功实现了磁弹性转变温度的可控调节，为开发新型磁制冷材料提供了重要理论指导和技术路线。