本發明屬于磁性材料及計算材料學，特別涉及一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料及其篩選方法。
背景技術：
1、釔鐵石榴石（yig）是微波通信領域的關鍵材料。為了滿足器件小型化（需要高介電常數）和高性能化（需要高飽和磁化強度）的需求，必須對yig進行改性。
2、然而，傳統的材料研發模式主要依賴“經驗+試錯（trial?and?error）”的方法。即盲目選擇多種元素進行大量的燒結實驗，不僅研發周期長、成本高，而且難以從原子尺度理解摻雜元素對微觀電磁性能的貢獻機制。例如，難以通過實驗直接區分某一元素對介電常數的提升是源于電子極化還是離子晶格畸變。
3、隨著計算機技術的發展，基于密度泛函理論（dft）的第一性原理計算已成為預測材料性能的有力工具。利用vasp等軟件計算材料的介電張量和磁矩，可以在實驗前對摻雜方案進行快速篩選，是實現材料理性設計的有效途徑。
技術實現思路
1、本發明所要解決的技術問題是提供一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料及其篩選方法，采用“計算篩選-實驗驗證”的理性設計模式，相比傳統的“試錯法”，大幅縮短了研發周期，明確了各摻雜元素微觀作用機理，為高性能鐵氧體材料的開發提供了新的技術路徑。
2、本發明提供了一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料，所述材料的晶體結構為石榴石結構，其化學通式為srxy3-xscyfe5-yo12；x的取值范圍為?0<x<3，y的取值范圍為0<y<5。
3、優選地，x的優選范圍為0<x<3，y的優選范圍為0<y<5。
4、優選地，在所述石榴石晶體結構中，sr離子占據24c十二面體晶位，取代部分y離子；sc離子主占據16a八面體晶位，取代部分fe離子。
5、本發明還提供了一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料的篩選方法，包括如下步驟：
6、s1、利用第一性原理計算軟件，對摻雜模型進行幾何結構優化，計算體系的總能量以確定摻雜元素的優先占位；
7、s2、基于密度泛函微擾理論，計算結構優化后體系的靜態介電常數張量，篩選出能顯著提升離子部分介電常數的摻雜元素；
8、s3、進行自旋極化計算，分析各原子位置的局域磁矩，篩選出凈磁矩較大的摻雜元素；
9、s4、綜合s2和s3的篩選結果，確定sr和sc為共摻雜元素，并獲得目標化學通式。
10、優選地，所述步驟s1和s3中采用dft+u方法，對fe原子的3d軌道和sc原子的3d軌道施加hubbard?u修正，以校正強關聯電子體系的計算誤差。
11、優選地，所述步驟s2的篩選標準為：選取摻雜后體系的低頻光學聲子模出現軟化，從而導致離子極化貢獻顯著增加的稀土元素，計算結果表明nd元素符合該標準。
12、優選地，所述步驟s3的篩選標準為：選取計算結果顯示優先占據16a八面體位且自身磁矩為零的元素，利用其替代反向磁矩的fe離子以提升體系凈磁矩，計算結果表明in元素符合該標準。
13、優選地，考慮的摻雜元素有：
14、al,bi,ce,co,cr,ga,gd,ho,in,ir,la,nd,pr,rh,ru,sc,sm,tb,tm,yb。
15、本發明還提供了一種鐵基旋磁材料的制備方法，包括如下步驟：
16、采用固相反應法，按照化學通式稱取原料，經過混合、預燒、成型及燒結工藝制備而成，其中燒結過程在空氣氣氛中進行，以保證石榴石相的完整性。
17、本發明利用vasp軟件的dfpt（密度泛函微擾理論）功能，計算了多種稀土離子摻雜yig后的介電張量。計算結果顯示，nd（釹）離子由于其較大的離子半徑和特定的電子結構，在摻雜后引起了顯著的低頻聲子模軟化及晶格極化增強，導致靜態介電常數（包含離子貢獻）大幅提升，優于其他常見稀土元素。
18、通過自旋極化計算（spin-polarized?calculation），本發明分析了過渡金屬及主族元素在yig中的占位能及磁矩分布。計算證實，sc（銦）原子在yig晶格中具有極強的a位（八面體位）占位傾向，且為非磁性。由于yig的a位磁矩與總磁矩反向，sc的引入相當于“移除”了反向磁矩，從而在理論上預測了飽和磁化強度的提升。
19、有益效果
20、本發明基于第一性原理計算結果，篩選出能顯著提升介電常數且提升飽和磁化強度的特定摻雜組合，即利用sr取代c位、sc取代a位的雙離子共摻雜策略，如圖1所示。本發明通過理論計算指導實驗，有效解決了傳統試錯法周期長、盲目性大的問題，獲得了兼具優異電磁性能的鐵基旋磁材料，如圖2所示。本發明采用“計算篩選-實驗驗證”的理性設計模式，相比傳統的“試錯法”，大幅縮短了研發周期，明確了各摻雜元素微觀作用機理，為高性能鐵氧體材料的開發提供了新的技術路徑。
1.一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料，其特征在于，所述材料的晶體結構為石榴石結構，其化學通式為srxy3-xscyfe5-yo12；x的取值范圍為0<x<3，y的取值范圍為0<x<5。
2.根據權利要求1所述的鐵基旋磁材料，其特征在于，在所述石榴石晶體結構中，sr離子占據24c十二面體晶位，取代部分y離子；sc離子主占據16a八面體晶位，取代部分fe離子。
3.一種基于第一性原理計算的鐵基旋磁材料的篩選方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的篩選方法，其特征在于，所述步驟s1和s3中采用dft+u方法，對fe原子的3d軌道和sc原子的3d軌道施加hubbard?u修正，以校正強關聯電子體系的計算誤差。
5.一種如權利要求1所述的鐵基旋磁材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：