PDF《替代掺杂的 MnNiGe1−xGax 合金中马氏体相变和》

物理学报Acta Phys.

Sin. Vol. 62, No.

19 (2013)

197501 替代掺杂的 MnNiGe1?xGax 合金中马氏体相变和 磁-结构耦合特性* 张玉洁 刘恩克 张红国 李贵江 陈京兰 王文洪 吴光恒? ( 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室, 北京

100190 ) (

2013 年5月30 日收到;

2013 年6月18 日收到修改稿 ) 研究了 MnNiGe1?xGax (x = 0―0.30) 系列合金中成分、结构、马氏体相变性质和磁性的相互关系. 在较小的成 分范围内, Ga 取代 Ge 元素可有效地将马氏体相变温度降低近

400 K. Ga 的引入削弱了体系中的共价成键作用, 马 氏体相显示出磁交换作用的增强. 相图显示, 掺杂使马氏体相变先后穿过 TN 和TC 两个磁有序温度, 居里温度窗口 效应在体系有存在的可能, 磁性对相变温度的成分关系有所影响. 实验观察到合金变磁转变的特性及相变行为对制 备方法的敏感性. 这些特性的发现, 有利于进一步优化这类材料的磁结构和相变特性, 获得具有应用价值的新材料. 关键词: MM'

X 合金, 马氏体相变, 磁有序温度, 变磁转变 PACS: 75.30.Kz, 75.50.?y DOI: 10.7498/aps.62.197501

1 引言1953 年, Castelliz 等人报道了一种三元等比成 分金属间化合物, MM′X 合金 [1], 其中 M 和M′ 为 过渡族元素, X 为Si, Ge, Sn 等主族元素. 它们呈空 间群为 P63/mmc 的Ni2In 型六角晶体结构 [2]. 这 类金属间化合物中的几种具有马氏体相变性质, 降 温转变为正交的 TiNiSi 型结构 (空间群 Pnma)[3,4].

2004 年Keiichi Koyama 等在 MM′X 合金 MnCoGe 引入金属空位, 使其马氏体相变温度降低到体系 的磁有序温度 TC 之下, 成为磁相变材料 [5]. 这类 材料中结构相变和磁相变耦合的特性引起人们的 兴趣, 在磁熵变和磁致伸缩等方面显现出应用前 景[6?10]. 采用等合金化方法, 同步地降低相变温 度和改变体系的磁结构, 这类材料的居里温度窗口 效应被发现, 从此开发出具有磁场驱动相变特性的 MM′X合金 [11,12]. 具有马氏体相变特性的 MM′X 合金, 其正分 化学配比成分的相变温度均高于室温和磁有序温 度[13]. 因此, 将这类金属间化合物开发成具有实用 可能的磁相变材料的关键, 就是要将相变温度降低 到磁有序温度以下, 使晶体结构相变和磁结构相变 同时发生. 降低相变温度的基本手段是引入过渡族 金属空位、改变某些元素的成分或掺杂. 以往的工 作中, 改变过渡族元素的报道比较多, 而采用替代 掺杂改变主族元素的工作比较少 [14?17]. 采用主族 元素替代掺杂来降低相变温度的方法, 具有对磁结 构影响小, 掺杂对象多, 掺杂效果明显等特点. 因此, 这方面的系统研究是非常必要的. 本工作以 MnNiGe 金属间化合物为研究的对 象. 考虑到 MnNiGa 合金具有同样的 Ni2In 型六角 结构, 并在降温过程中不发生马氏体相变, 实验中 采用 Ga 取代 Ge 的掺杂方式, 研究等结构合金化带 来的马氏体相变温度下降特性, 以及掺杂过程中合 金的成分, 结构, 相变和磁性相互间的关系. 研究发 现, Ga 取代 Ge 是一种降低马氏体相变温度的有效 方法, 相变温度先后穿过两相的磁有序温度, 磁有 序温度窗口是打开的. 本工作还讨论了掺杂导致的 磁交换作用改变和磁场驱动相变效应, 以及制备方 * 国家自然科学基金 (批准号: 51171206) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: [email protected] c ?