First-Principles Investigation of the Structural, Magnetic, Electronic and Optical Properties of FeMnScB Quaternary Heusler Alloy

材料科学 凝聚态物理 磁矩 反铁磁性 密度泛函理论 晶格常数 铁磁性 带隙 费米能级 自旋极化 自旋电子学 基态 电子能带结构 电子结构 态密度 平面波 光子能量 直接和间接带隙 混合功能 半金属 局部密度近似 吸收(声学) 光导率 自旋磁矩 体积模量 极化(电化学) 偶极子 散射 电子 磁性半导体 合金 结构稳定性
作者
Shrikant Verma,Vivek Kumar Jain,Jitendra Pal Singh,Ajay Singh Verma,Y. Toual,Peeyush Kumar Kamlesh
出处
期刊:International Journal of Nanoscience [World Scientific]
标识
DOI:10.1142/s0219581x26400326
摘要

The structural, magnetic, electronic and optical properties of FeMnScB quaternary Heusler alloys (QHA) were investigated using spin-polarized density functional theory (DFT) within the full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method considering the Perdew–Burke–Ernzerhof Generalized Gradient Approximation (PBE-GGA) exchange-correlation functional using WIEN2K. Ferromagnetic (FM) configurations are energetically more favorable than antiferromagnetic (AFM) and nonmagnetic (NM) states, according to total energy calculations, establishing the FM phase as a magnetic ground state. Excellent structural stability is indicated by the optimized equilibrium lattice parameter of 5.7559 Å and a bulk modulus of 165.4369 GPa. The Slater–Pauling rule is followed by the computed total magnetic moment of 3.00[Formula: see text] [Formula: see text] B per formula unit, and the magnetic moment shows strong magnetic stability. A highly spin-polarized electronic state with ∼99.33% spin polarization at the Fermi level and a small minority-spin energy gap of 0.31[Formula: see text]eV is revealed by electronically computed band structure, indicating near-half-metallic behavior. Fe-3d and Mn-3d orbitals dominate the magnetic and electronic properties, according to orbital-resolved density of states (DOS) studies, whereas Sc mainly serves as an electron donor and B enhances chemical bonding and structural stability through p–d hybridization. Throughout the visible and ultraviolet (UV) spectrum, optical constants show substantial absorption coefficients (∼10 4 [Formula: see text]cm[Formula: see text], notable optical conductivity, moderate reflectivity and a prominent dielectric response, all of which point to effective photon absorption and carrier activation. FeMnScB is a promising multifunctional QHA for advanced spintronic, magneto-optoelectronic, UV photonic and photovoltaic applications due to its structural durability, intrinsic ferromagnetism, high spin polarization and broadband optical activity.

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