X2YZ基Heusler合金中馬氏體相變及磁轉變耦合使其具有良好的形狀記憶效應及磁熱效應等優異性能，在傳感器、磁致冷冰箱等領域有著非常廣泛的應用前景。這類合金的特征參數如馬氏體相變溫度TM、居里溫度Tc等對成分非常敏感。用合金化手段調節Heusler合金的特征參數以適應具體應用環境需求是該合金的研究重點之一，預測其成分－性能(如TM 等)關系是進行成分設計的關鍵?？偨Y實驗結果，人們得到TM隨成分變化的經驗判據：合金電子濃度e/a越大，TM 越高。然而，某些合金體系如Ni2(Mn1-xFex)Ga (x<0.7)、(Ni2-xCux)MnGa等并不滿足這一普遍規律，其機理仍不明確。另外，不同成分及工藝下，Heusler合金的馬氏體相可能呈現不同的結構如非調制四方相及復雜的5M及7M調制結構等。復雜的成分及結構共同作用下，使得合金化對調制結構的影響理論研究極為困難。針對這一研究背景，近年來，金屬所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室工程合金研究部研究人員采用第一原理EMTO-CPA方法，對X2YZ基Heusler磁性形狀記憶合金的成分敏感性及復雜調制結構進行了系統研究，取得了一系列研究成果。
首先計算了不同原子占位情況下，Ni2MnGa基合金的自由能。通過比較自由能，確定了過量原子及合金原子在Ni2MnGa中的穩定占位。發現在該合金中可能存在直接占位及間接占位兩種方式。大多數情況下，過量原子或合金原子占據貧組分的子晶格位置(直接占位)，但在某些情況下，過量原子或合金原子并非直接占據貧組分的子晶格位置(間接占位)，如富Ga貧Ni合金，Ga占據Mn子晶格位置而相應量的Mn則被擠入Ni子晶格。在確定了原子穩定占位構型的基礎上，計算了立方母相的彈性模量C' 隨合金成分及溫度的變化，結合實驗測得的不同成分下的馬氏體相變溫度TM，發現一般情況下，C' 增加，則TM下降。C' 比e/a能更好地反映TM 隨成分的變化規律，例如，C'-TM 關系能較好描述(Ni2-xCux)MnGa基合金TM 隨成分的變化，但e/a-TM 關系不能(見圖1)。
然而，對于Ni2(Mn1-xFex)Ga (x<0.7)合金，C'-TM 及e/a-TM 關系均不能描述其TM 隨成分的變化。分析認為溫度效應可能是引起C'-TM 及e/a-TM 關系失效的主要原因?；诖?，計算了磁熵、晶格振動及混合熵等溫度效應對Ni2(Mn1-xFex) Ga (x<0.7)合金對立方奧氏體L21相及四方馬氏體L10相自由能的貢獻。計算結果表明，在不考慮溫度效應時，奧氏體與馬氏體相的能量差 EAM隨x(即e/a) 增加而增加，意味著馬氏體的穩定性增加，TM 升高，不滿足e/a-TM 普遍關系。但若考慮溫度效應，在x<~0.7時， EAM隨x (即e/a) 增加而減小，x>0.7時， EAM隨x (即e/a) 增加而增加，如圖2所示。利用用含溫度效應的DEAM計算了馬氏體相變溫度TM，理論預測值與實驗值符合良好。進一步分析表明，晶格振動是導致0 K及有限溫度下 EAM~x趨勢不同的主要原因，混合熵及磁熵的影響較小。
結合相干勢近似及實驗測得的調制函數研究了合金化對調制馬氏體結構的影響。對調制馬氏體結構進行了簡化，用調制振幅調制 及晶格參數c/a兩個特征參數表征調制馬氏體結構。利用這種方法，得到了Ni2Mn(GaAl)及Ni2(MnFe)Ga的5M調制馬氏體結構隨成分的變化(見圖3)，結果與實驗符合良好。
上述研究對理解Heusler磁性形狀記憶合金的成分－馬氏體相變溫度關系進而對該類合金進行合理的成分設計具有重要的理論意義?；谶@些研究結果，在Phys. Rev. B (11)、Acta Mater. (3)、Appl. Phys. Lett. (1)、J. Appl. Phys.: Condens. Matter (1)上發表系列論文20余篇。本研究得到了國家自然科學基金面上項目(50871114)的支持。
圖1 實測Fe/Co/Cu合金化Ni2MnGa合金的馬氏體相變溫度TM 隨正交剪切模量C’及電子濃度e/a的變化
圖2 上圖：Ni2(Mn1-xFex)Ga合金奧氏體與馬氏體相自由能差 EAM 隨Fe含量x及溫度T 的變化；下圖：馬氏體相變溫度隨Fe含量 的變化，其中實心方塊為理論預測值，圓圈及三角為實驗測量值
圖3 (a) 5M調制馬氏體結構示意圖；(b) Ni2(Mn1-xFex)Ga合金5M調制馬氏體能量隨結構參數 及c/a隨成分的變化；(c) 結構參數 隨c/a的變化
