锰基磁性合金的相变及物理机制研究

发布时间：2017-07-26 09:13

  本文关键词：锰基磁性合金的相变及物理机制研究

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【摘要】：近年来,Ti Ni Si型锰基合金作为一种潜在的多功能应用材料,其复杂磁性相变行为受到了人们的广泛关注。研究此类合金的磁性起源,对磁性相变行为进行调控和设计已经成为了自旋电子学,磁致伸缩以及磁制冷等各研究领域共同关注的话题。在本文中,我们设计了具有多步磁性相变的相变材料,并对其磁制冷效应进行了研究。同时,我们还重点关注了反铁磁和铁磁变磁性相变的主要作用机制。首先,我们选取Co0.4Ni0.6Mn Ge为研究对象,通过Al元素掺杂实现了多步相变的设计,并通过X-射线衍射以及磁性测量等方法对样品进行表征。Co0.4Ni0.6Mn Ge随着温度的升高经历了四种磁性状态,包括Ti Ni Si型结构下反铁磁态,Ti Ni Si型结构下的铁磁态,Ni2In型结构下的铁磁态和Ni2In型结构下的顺磁态。样品经历了三步磁性相变,即一个反铁磁到铁磁的一级相变、一个铁磁到铁磁的马氏体相变和一个铁磁到顺磁的二级相变。通过分析最后的两步相变,我们得到了一个具有两个峰值的连续负熵变。其次,我们采用密度泛函理论研究了Ti Ni Si型锰基合金变磁性相变的相变机制。计算表明,一个单一的键角参数在材料磁性行为的改变中发挥了重要的作用。在锰基三元合金中,我们发现双交换作用铁磁性,超交换作用反铁磁性和铁磁超交换作用铁磁性被两个临界锰原子键角区分开来。我们认为,在临界键角处,不同交换作用在临界点出的剧烈竞争是导致变磁性形成的主要原因。同时,通过总结和比较前人在这一领域所报道的数据,证实了我们在变磁性相变的理论分析是符合实验结果的。这也就表明在锰基的Ti Ni Si型合金中存在统一的交换作用模型,这一统一模型可以用来解释变磁性的起源。因此,我们可以在实验中通过调节锰原子键角来得到变磁性材料。这对设计该类材料的变磁性相变具有一定的指导意义。
【关键词】：磁性相变 磁卡效应 第一性原理
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O469
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 磁性材料的相变及其应用9-10
• 1.2 磁性交换机制简述10-13
• 1.3 锰基三元半赫斯勒合金中磁性相变的研究进展13-14
• 1.4 研究目的及论文组织安排14-16
• 第二章 实验与计算原理方法简介16-20
• 2.1 实验原理与方法16-18
• 2.1.1 样品制备方法16
• 2.1.2 X射线衍射及晶体结构精修简介16-17
• 2.1.3 振动样品磁强计及磁特性分析17-18
• 2.2 计算方法简介18-20
• 2.2.1 密度泛函理论简介18
• 2.2.2 VASP代码包简介18-20
• 第三章 CO_0.4NI_0.6MNGE合金中的多步相变及其应用20-29
• 3.1 引言20
• 3.2 实验方法20
• 3.3 结果与分析20-27
• 3.3.1 XRD与结构分析22-24
• 3.3.2 磁特性及相变分析24-26
• 3.3.3 磁卡效应分析26-27
• 3.4 小结27-29
• 第四章 MMNX合金中统一的变磁性相变解释29-38
• 4.1 引言29
• 4.2 计算方法29
• 4.3 结果与分析29-37
• 4.3.1 计算模型及键角的引入29-30
• 4.3.2 磁性特征变化和相变临界值30-32
• 4.3.3 磁性特征的起源32-35
• 4.3.4 实验结果对照与印证35-37
• 4.4 小结37-38
• 第五章 总结与展望38-39
• 参考文献39-44
• 致谢44-45
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文45

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本文编号：575642