PDF《替代掺杂的 MnNiGe1−xGax 合金中马氏体相变和》

2013 中中中国 国 国物 物 物理 理 理学 学 学会 会会Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 197501-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 62, No.

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197501 法对相变行为的影响等现象的相关物理机理.

2 实验方法 MnNiGe1?xGax (x = 0.00, 0.05, 0.08, 0.10, 0.12, 0.15, 0.20 和0.30) 系列样品的合成采用纯度高于 99.9%的金属单质, 在真空电弧炉的高纯 Ar 气氛保 护下经

4 次熔炼完成. 如过去工作中所采用的, 合 金铸锭密封在真空石英管中在

850 ?C 进行

5 天退 火处理, 然后随炉冷却实现有序化热处理 [11]. X 射 线粉末衍射 (XRD) 和电子能谱 (EDS) 方法被分别 用来测样品的晶体结构和成分. 材料的磁性和马氏 体相变等性质, 采用多功能物理测量系统 (PPMS) 进行测量.

3 结果及讨论 MnNiGe 是MM′X 合金中具有马氏体相变性 质的合金之一, 相变温度 TM 为470 K[18]. MnNiGe 的马氏体相呈螺旋反铁磁结构, 奈尔温度 TN 在346 K[15,19]. 高温母相的居里温度由于在马氏体相 变温度之下, 难以测得. 成分稍微偏分的 MnNiGe 合金中 TC 为205 K[12]. Liu 等曾使用元素取代的方 式, 使MnNiGe: Fe 体系的相变温度下降到马氏体 TC 以下及母相 TC 以上的温度区间 (温度窗口), 同 时将马氏体相转变为铁磁性特征. 这样降温过程中, 伴随相变的发生, 材料由顺磁态的母相变为铁磁态 的马氏体相, 也就是相变伴随着非常大的饱和磁化 强度改变 ?M, 开发了一类新型的磁相变材料 [12]. 我们这部分工作着眼于主族元素的贡献, 采用不同 族的 Ga 元素取代原有的 Ge, 分析主族元素带来的 影响. 图1MnNiGe1?xGax 系列合金室温 XRD 图谱 用电子能谱方法测量了样品的成分. 如目 标成分为 MnNiGe0.95Ga0.05 的样品检测结果分为 Mn1.018Ni0.997Ge0.935Ga0.05, 可以认为基本与目标成 分一致. 室温测量的 MnNiGe1?xGax 系列合金 XRD 结 果如图

1 所示. 在室温下, 不掺杂的 MnNiGe 合金 是马氏体相. 在本工作最低掺杂量 x = 0.05 时, 室温 XRD 即可见明显的六角结构母相的主峰出现, 同 时具有强度较低的正交结构特征峰, 说明此时合金 处于母相为主的两种结构共存的状态. 当x0.10 时, 合金为完全的六角结构. MnNiGe 的相变温度 为470 K, 仅5%的Ga 掺杂就把相变温度降低到室 温附近, 这说明合金的结构稳定性对 Ga 替代 Ge 的 掺杂量是很敏感的. 图2MnNiGe0.95Ga0.05 合金样品在不同磁场下的 M-T 测 量结果 图2为x=0.05 样品分别在

100 Oe 和50 kOe (1 Oe = 79.5775 A/m) 两个不同磁场下的磁化强度 的温度关系 (M-T 曲线). 由低场 M-T 可见, 室温附 近的相变显示出大约

30 K 的温度滞后, 参考图

1 的结果, 可以认定这里发生一级相变特征的马氏 体相变, 相变 (TM) 和逆相变 (TA) 分别发生在

275 和305 K. 相较母合金的 TM =

470 K, 这一结果再次 说明, Ga 的掺杂将导致体系马氏体相变温度的下 降. 低场 M-T 在200 K 显示出另外一个突变. 根据 MnNiGe 近正分体系的居里温度 [12] 以及升降温过 程无热滞的特征可以判定为该样品中残余母相的 TC. 由此可知, MnNiGe0.95Ga0.05 体系在

275 K 发 生马氏体相变时, 结构相变的同时从顺磁性的母相 转变成反铁磁的马氏体,

100 Oe 的M-T 曲线上显 示这一结构相变伴随着很小的磁性变化. 从50 kOe 的高场 M-T 测试中可见, 相变使得体系饱和磁化强 度有一个从