Ферромагнетики с памятью формы - фазовые переходы и функциональные свойства (1097950), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Магнитные, транспортные и рентгеновскиеизмерения Ni54Mn21Ga25 показали, что в этом сплаве межмартенситный переход TIнаблюдается только при охлаждении; отсутствие межмартенситного перехода принагреве обусловлено большим температурным гистерезисом межмартенситногоперехода и близостью мартенситного превращения к TI; другими словами, принагреве межмартенситный переход не успевает реализоваться из-за переходаобразца в аустенитное состояние. На основании рентгеновских измерений былоустановлено, что при охлаждении из высокотемпературной фазы образецпереходит сначала в мартенситную фазу с 5-слойной модуляцией (10М), котораясменяется в результате межмартенситного перехода на 7-слойную (14М). Типмодуляции сильно влияет на транспортные свойства образца, в частности, различиев электросопротивлении 5- и 7-слойного мартенсита достигает 15%, что превышаетизменение сопротивления при переходе из мартенситного в аустенитное состояние(рис.
8). Как известно (см. напримерэлектросопротивлениеτ-вприближении определяется формулойэлектрона и τ - время релаксации.Поскольку можно ожидать, что времярелаксации в мартенсите с 5- и 7слойноймодуляциейпримерноодинаково, тот факт, что ρ10M > ρ14Mуказывает на то, что 10М фаза имеетменьшеепроводимости,обусловленочислочтоэлектроновможетбытьнестинговымиρ(T)/ρ(325 K)1.0электронов проводимости, e – заряд121.1ρ = m*/neffe2τ,где m* - эффективная масса, neff – число161.2Δρ (%)[12]),80.940.801000.7150200250300T (K)0.60.50.4Ni54Mn21Ga250.30.280120 160 200 240 280 320 360T (K)Рис.
8. Температурные зависимостиэлектросопротивленияρсплаваNi54Mn21Ga25.Навставкепоказаноотносительное отличие в ρ между кривойнагрева и охлажденияособенностями поверхности Ферми.Глава 4 посвящена изучению фазовых переходов в тонких пленкахферромагнетиков с памятью формы Ni-Mn-Ga и Co-Ni-Ga. В первом разделеприводятся результаты исследований кристаллической структуры и фазовыхпереходов в тонких пленках, изготовленных методом лазерной абляции имагнетронного напыления. Химический состав пленок Ni-Mn-Ga субмикронной (<1 μм) толщины, приготовленные методом лазерной абляции, значительноотличался от химического состава мишеней, что, вероятно, явилось причиной того,что мартенситное превращение в них не наблюдалось.
В случае пленки Co-Ni-Gaтолщиной 1 μм, для которой различие в химическом составе мишени и пленкиоказалось незначительным, мартенситная немодулированная фаза наблюдалась прикомнатной температуре посредством электронной микроскопии. Отсутствиеаномалии, соответствующей мартенситному превращению, на температурнойзависимости электрического сопротивления, измеренной до 400 К, указываетвероятно на то, что переход в аустенитное состояние происходит при болеевысокой температуре.Во втором разделе рассматриваются особенности фазовых переходов вполикристаллических субмикронных пленках Ni-Mn-Ga в зависимости откомпозиции мишени, типа подложки, температуры отжига и толщины пленок.Были исследованы две серии (А и Б) пленок толщиной от 0,1 до 5 μм, осажденныхна подложки нескольких типов (оксид алюминия, полимер, кварц и стекло)методом радиочастотного магнетронного напыления.
Рентгеновские исследованияпоказали, что использование в качестве мишеней сплавов Ni49,5Mn28,0Ga22,5 иNi52Mn24Ga24 способствовало формированию в отожженных пленках серий А и Бмартенситных структур 10М и 14М, соответственно. На температурныхзависимостях намагниченности, дифференциальной сканирующей калориметрии иэлектрического сопротивления наблюдались аномалии, типичные для массивныхферромагнетиков с памятью формы на основе сплавов Гейслера.
Было обнаружено,что характерные температуры начала и окончания прямого (Ms и Mf) и обратного(As и Af) переходов зависят от толщины пленок. Приведенные на рис. 9 данные позависимостям температур переходов от толщины пленок серии А были полученыиз измерений электросопротивления. Значения температур определялись спогрешностью ± 1К. Из рис. 9 видно, что наибольшее смещение температурмартенситногопревращениянаблюдается в субмикроннойобласти толщин. Этот факт350можно объяснить следующим340T (K)образом. При отжиге пленка,330320MsосажденнаяMfкристаллизуетсяAsобразом,Af31001234начтоподложку,такимплотно-упакованные плоскости {110}5Толщина пленки (μm)Рис.
9. Зависимости температуры прямого иобратного мартенситного превращений от толщиныпленок серии А, осажденных на оксид алюминия.кубическойфазырастутпредпочтительно в плоскостипленки. Большое отличие вкоэффициентетепловогорасширения Ni-Mn-Ga и оксида алюминия приводит к генерации напряжений впленке. Распределение поля напряжений поперек пленки будет различным дляразных толщин пленок, что будет влиять на температуру мартенситногопревращения.В пятой главе описываются магнитные свойства Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn),особенности магнитных свойств сплавов с магнитоструктурными фазовымипереходами и взаимосвязь между магнитными свойствами и кристаллическойструктурой.В первом разделе приводятся результаты систематических исследованиймагнитныхсвойствсистемысплавовГейслераNi2+xMn1-xGa.Определенытемпературные зависимости спонтанной намагниченности Ms(T), температурыКюри TC, температуры структурных фазовых переходов мартенсит-аустенит Tmсплавов, а также скачки намагниченности ΔM при этом структурном переходе.Построенные из измерений намагниченности зависимости TC и Tm от концентрацииникеля хорошо согласуются с данными, полученными другими методами.
Изконцентрационной зависимости магнитного момента сплава Ms(0) определенымагнитные моменты никелевой и марганцевой подсистем. Показано, чтоприведенная намагниченность аустенитной и мартенситной фаз зависит оттемпературы примерно одинаковым образом (рис. 10). Сравнивая зависимости m(t)мартенситной и аустенитной фаз и считая, что отличие этих зависимостейобусловлено тем, что температура Кюри мартенситной фазы выше, чемаустенитной,можновосстановитьгипотетическуюотносительнуюнамагниченность мартенситной фазы при высоких температурах (выше Tm) (онапоказана сплошной линией на рис.
10) и определить виртуальную температуруКюри мартенситной фазы. Как видно из рис. 10, из такого сопоставления следует,что виртуальные температуры Кюри мартенситной фазы примерно на 17% выше,чем температуры Кюри соответствующих сплавов в аустенитной фазе. Этозначение примерно в два раза больше, чем определенное в [13] в рамкахфеноменологической теории Ландау.Измерения M(T) при высоких температурах показали, что парамагнитнаявосприимчивость сплавов Ni2+xMn1-xGa подчиняется закону Кюри-Вейсса.
Былипостроены концентрационные зависимости парамагнитной температуры Кюри Θ(x)и эффективного момента μeff(x) сплавов. Из зависимости μeff(x) рассчитаныэффективные моменты компонент сплава, сопоставление которых с магнитнымимоментами компонент позволили сделать заключение о влиянии эффектов,m=Ms(T)/Ms(0)обусловленныхделокализацией1,0носителей магнетизма. Нетривиальной0,8особенностью0,60,40,2фазовойдиаграммысплавов Ni2+xMn1-xGa является то, чтоNi2+xMn1-xGax=0x=0.04x=0.08x=0.12x=0.16Θ(x)аустенитнойфазыпересекаетлинию магнито-структурного фазовогоперехода в области концентраций x ~0,00,20 (см.
рис. 1). Этот факт является0,00,20,40,60,81,01,2t=T/TcРис.10.Зависимостьприведеннойнамагниченности сплавов m=Ms(T)/Ms(0)от приведенной температуры T/Tc.убедительным доказательством того,чтотемпература,принаблюдаетсямагнитоструктурныйкоторомсвязанныйпереход,вышетемпературы виртуальной точки Кюриаустенитной фазы. Таким образом, знание концентрационной зависимости Θ(x)позволяет установить значение виртуальной точки Кюри высокотемпературнойфазы в случае связанных магнитоструктурных переходов, что является важным дляпонимания магнитокалорического эффекта в подобных материалах.Из экспериментальных данных следует, что температура мартенситногоперехода изученных сплавов смещается в сторону высоких температур привозрастании магнитного поля. Это смещение слабо возрастает при увеличенииконцентрации никеля и сравнительно невелико (1-2 K при изменении поля на 2 Тл).Проведенные измерения скрытой теплоты мартенситного перехода позволилипоказать, что экспериментальные величины смещения Tm с полем согласуются стеоретически рассчитанными по термодинамическому соотношению КлайперонаКлаузиуса для фазовых переходов первого рода.Во втором разделе приводятся результаты исследования магнитных свойствсплавов Ni-Mn-Sn и Ni-Mn-In.
Измерения проводились на двух сериях Snсодержащих образцов, (в ат.%) Ni50+xMn37-xSn13 и Ni50+xMn39-xSn11 и на образцеNi50Mn34.8In15.2. Отличие данных сплавовПоток теплоты (a. u.)от системы Ni2-xMn1-xGa состоит в том,Mf(a)онихарактеризуютсяизбыткоммарганца, что приводит к возникновениюантиферромагнитныхreverse MT57Ni50Mn34.3 Fe0.5In15.20Asполевых и температурных зависимостях(б)10магнитныхFC8мартенситной420свойствсплавов.фазеприводитквозникновению обменной анизотропии,ZFC0этихКонкуренция обменных взаимодействий вH = 0.05 T6взаимодействий[14].
Это проявляется в комплексных50 100 150 200 250 300 350 40012M (emu/g)чтоdirect MT50 100 150 200 250 300 350 400заключающейсяT (K)всмещениипетлигистерезиса в сторону отрицательныхРис. 11. Результаты измерений (а) ДСКи (б) температурных зависимостейнамагниченности в поле 0,05 Тл всплаве Ni50Mn34.357Fe0.5In15.2полейвмагнитномобразце,полеохлажденномизвпарамагнитногосостояния до низких температур. Принизких температурах магнитное состояние образцов может быть охарактеризованокакспин-стекольное.Эффектобменнойанизотропиинаблюдаетсяпритемпературах ниже температуры спин-стекольного замерзания, которая равна ~ 65К и ~ 125 K для сплавов Ni-Mn-Sn и Ni-Mn-In, соответственно. Поскольку в этихматериалах температура Кюри аустенита TCA выше температуры Кюри мартенситаTCM,подборомхимическойкомпозицииможнополучитьнеобычнуюпоследовательность фазовых переходов, при которой парамагнитная мартенситнаяфаза расположена между двух ферромагнитных фаз – низкотемпературноймартенситной и высокотемпературной аустенитной (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
