Ni-Mn基Heusler合金的磁性和相变研究

发布时间：2020-11-13 11:31

　　 近年来,Ni-Mn基铁磁性形状记忆合金成为材料学领域和凝聚态物理领域的研究热点。它不仅可以在温度变化时产生形状记忆效应,其马氏体相变也能受到外加磁场的驱动。由于磁性和晶格的强耦合作用,马氏体转变伴随着诸多物理性质的变化:晶格参数或晶胞体积发生突变、相变温度附近出现比热峰值、磁性状态的改变引起晶格的弹性形变、磁有序度的变化导致磁熵变大小的变化。因为在Ni-Mn基铁磁性形状记忆合金中磁场可以驱动马氏体转变,合金在马氏体转变温度附近具有巨大的磁热效应,磁电阻效应,磁致应变效应等。此外,在低温下由于铁磁和反铁磁交换相互作用的共存和竞争,Ni-Mn基铁磁性形状记忆合金在低温下还表现出交换偏置效应。本文主要包含三部分内容:(1)Ni43Mn46Sn11-xAlx合金的相变、磁热效应和交换偏置效应研究在Ni-Mn基铁磁形状记忆合金中,晶格的调控对于不管是马氏体转变还是基础磁性都具有重要的影响。在Ni43Mn46Sn11-xAlx合金中,随着Al含量的增加,晶格逐渐收缩,而马氏体转变温度逐渐增加,这说明A1的加入产生的晶格收缩提高了转变温度。另一方面,A1的加入使Ni43Mn46Sn11-xAlx合金的饱和磁化强度逐渐降低,说明A1的加入可以增强材料中的反铁磁交换作用。我们还研究了Ni43Mn46Sn11-xAlx的场冷和零场冷的交换偏置效应,发现所有材料都具有明显的场冷交换偏置效应,而零场冷交换偏置效应则仅在部分材料中发现。这些结果说明,通过调控晶格适当的调节铁磁反铁磁相互作用,有可能使Ni-Mn基合金出现零场冷交换偏置的现象。(2)Mn50Ni38Co3Sn9合金的相变和多功能特性在Ni-Mn基合金中,其磁性主要由Mn原子提供,因此提高Mn含量有利于增强材料的磁性,从而提高其多功能特性。我们系统研究了 Mn50Ni38Co3Sn9合金的相变、磁场诱导相变、磁热、磁电阻、和磁致应变效应。结果表明,Mn50Ni38Co3Sn9合金在室温由马氏体相四方L10结构和Hg2CuTi结构两相组成。Mn50Ni38Co3Sn9在马氏体转变附近不仅具有巨大的磁热效应,还有巨大的磁电阻效应和磁致应变效应。在276 K时,Mn50Ni38Co3Sn9在50 kOe磁场下的磁熵变达到最大值24.2 J/kg·K。当270K时,材料在50kOe磁场下的磁致应变最大ε= 6525.8 ppm。在275 K时,材料在50 kOe磁场下的磁电阻达到了-30.7%。(3)Ni50-xFexMn36Ga14合金的磁性调控和交换偏置效应研究。我们研究了在Ni50-xFexMn36Ga14合金材料的晶体结构、相变、和交换偏置效应。研究表明,母合金Ni50Mn36Ga14的基态为经典自旋玻璃,其零场冷交换偏置HE达到了 1228 Oe。Fe替代Ni使材料的铁磁性交换作用增强,自旋玻璃转变温度逐渐升高,至x=16时,材料基态变为重入型自旋玻璃。所有的材料均具有场冷交换偏置效应,然而零场冷交换偏置效应则随Fe含量增加逐渐被抑制。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.6
【部分图文】：

图 1.1 Ni-Mn-Co-Sn 合金的升温降温的热磁曲线变材料中的相关物理效应效应效应[3, 10-16]（Magnetocaloric Effect）是磁性材料的一种

磁制冷原理示意图

Ni46Co4Mn39Sn11合金在不同温度下的磁致应变效应
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本文编号：2882139