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强磁场用户MnFeNiGe中磁晶耦合相变的晶粒尺寸效应研究取得新进展
2016-03-02| 作者:张蕾 | 【 【打印】【关闭】

中国科学院物理研究所胡凤霞研究员课题组在稳态强磁场实验装置(SHMFF)变温X射线衍射仪设备的支持下,对MnFeNiGe化合物中的磁晶耦合相变和磁熵变的晶粒尺寸效应进行了深入的研究,并取得了新进展。该研究成果以“Critical dependence of magnetostructural coupling and magnetocaloric effect on particle size in Mn-Fe-Ni-Ge compounds为题在线发表在《科学报告》杂志上 (Scientific Reports 6:20993)。

自旋和晶格的耦合,往往会造成磁性相变和晶格转变的耦合与关联,从而导致两种相变同时发生。鉴于迅速的磁响应和潜在的技术应用前景,磁晶耦合效应引起了广泛的关注,例如固体制冷、磁驱动、磁传感器等。在六角相的Ni2In型化合物中,由于强烈的磁晶耦合效应而导致的巨大的负热膨胀和磁卡效应,引起了研究人员的关注。

在本工作中,研究人员利用变温X射线衍射仪设备对具有Ni2In型的MnFeNiGe化合物中的磁晶耦合和磁熵变的晶粒尺寸效应进行了深入的研究。这种材料在从顺磁的奥氏体(austenite)转变为铁磁的相变中,晶格发生了巨大的变化。随着晶粒尺寸减小,在大量奥氏体相变中马氏体相变消失,而这种现象没有被报道过。

对于MnNi0.8Fe0.2Ge样品,当晶粒尺寸减小到5~15μm时,发生马氏体相变的比例可以达到40.6%。同时,随着晶粒尺寸减小,自旋和晶格耦合的相变展宽,并且相变所伴随的热回滞减小。这些结果最终导致了磁熵变减小,但是有效制冷功率(RCeffe)却增大,并在晶粒尺寸为20~40μm时达到最大。这些实验结果对这类磁响应材料的实际应用提供了重要的实验依据。

文章链接:http://www.nature.com/articles/srep20993

强磁场科学中心的变温X射线衍射仪,可进行低温、高温下晶体结构的X射线衍射谱测量,其低温范围为15K-300K,高温范围为300K-1700K,测角仪角度范围为0.1°到140°,角度分辨率为1/10000°

图(a)温度50KMnNi0.8Fe0.2Ge X射线衍射谱;图(b)由变温X射线衍射谱得到的六角相和正交相比例随温度变化的依赖关系(S1为晶粒尺寸20~40μm的样品,S2为晶粒尺寸5~15μm的样品)

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