钢铁构件中少量的C、Si、Mn原子以间隙式或者替位式掺杂在Fe原子的晶体结构中，见表5-4。从表5-4中可以看出，Mn原子替位Fe原子以后，原胞的体积有所增大，但是Si、C的替位则导致原胞体积减小。这种现象是由替位原子的半径与Fe原子半径相对大小不同造成的。Mn原子半径比Fe原子半径略大；而Si、C原子半径相对比Fe原子半径要小。可见，掺杂元素对Fe原胞的结构产生影响，进而对材料的磁特性产生影响。
表5-4 掺杂体系的体积变化
相同条件下，不同的掺杂元素对Fe体系的能带结构产生不同的影响，掺杂前后体系能带结构如图5-8所示。
从图5-8a、b中可以看出，Mn元素的掺杂体系与纯Fe体系的能带结构非常相似，自旋向上与自旋向下的能带明显错开，说明其具有明显的磁性。Fe和Mn这两种过渡金属的3d电子已经非常局域化，其导电性和磁特性只与3d和4s轨道中的电子有关，内层电子不参与原子间的成键作用，但是Mn的结合能比Fe略大，当Fe和Mn结合在一起时，可能会出现短程有序的固溶体，所以Mn掺杂到Fe中后，费米面附近导带和价带更加重合。在图5-8c和图5-8d中，Si、C元素置换Fe原子后导带和价带在费米面附近完全重合，即置换后Fe显示半金属结构，这是由于非金属元素C、Si置换固溶于Fe所致。从Mn、Si、C掺杂前后Fe的能带结构中可以看出，费米能级附近的能带结构类似，说明掺杂前后费米能级附近态密度的分布具有相似性，替位前后体系的磁性相似。因此，可以判断少量掺杂元素对铁磁构件的磁特性会产生影响，但是对磁记忆信号特征不会产生主要影响。(www.xing528.com)
图5-8 能带结构
a）Fe b）Fe-Mn c）Fe-Si d）Fe-C
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