Fe-Ga合金中3d电子、超精细作用及其磁致伸缩效应研究

The defects, electron density and the behavior of 3d electrons of Fe-Ga alloys will be studied by means of the positron lifetime and coincidence Doppler broadening of positron annihialtion radiation spectrum measurements. The influences of chemical compositions and alloying elements on the microdefects, electronic densities and the d-p electron interactions of Fe-Ga alloys will be investigated. The hyperfine interactions of Fe-Ga alloys will be obtained by analysing the Mossbauer spectra. The coefficients of megnetostriction of Fe-Ga alloys will be measured by a Michelson's interferometer. The effect of microdefects, electronic densities, the d-p electron interactions and the inner magnetic field on the megnetostriction property of Fe-Ga alloy will be investigated. The micro-mechanism of the megnetostriction effect of Fe-Ga alloy will be discussed by using the concept of electronic structure.

测量Fe-Ga合金的符合正电子湮没辐射多普勒展宽谱和寿命谱，研究合金中的微观缺陷、电子密度、3d电子行为；探索化学成分与合金元素对Fe-Ga合金中微观缺陷、电子密度和d-p电子相互作用的影响。分析Fe-Ga合金的穆斯堡尔谱，获取合金的超精细相互作用信息。用迈克尔逊干涉方法测量Fe-Ga合金的磁致伸缩系数。研究微观缺陷、电子密度、d-p电子相互作用和内磁场对Fe-Ga合金磁致伸缩性能的影响，从深层次因素讨论Fe-Ga合金磁致伸缩效应的微观机理。

结题摘要.Fe-Ga合金作为一种新型的磁致伸缩材料，是近年来继Tb-Dy-Fe之后的又一种磁致伸缩功能材料。本项目主要研究此种新型磁致伸缩合金，意图找出该合金的特殊性质、形成机制和其他相关物理性能，并尝试改善其部分应用特性，探索出新的铁基磁致伸缩材料。.本课题通过X-射线衍射（XRD）、多功能物性测量系统（PPMS）、电子自旋顺磁共振波谱仪（EPR）和迈克尔逊干涉仪系统地研究了Fe-Ga合金的3d电子、磁性能及其磁致伸缩。结果表明，在Fe100-xGax（x=16、17、18、19、20=系列合金中，当x=12时，当Ga含量为18at%时合金磁致伸缩系数达到最大值，最大值为47.08ppm；同时，样品磁化强度达到饱和所需的外加磁场最小，其值为5106Oe。由正电子湮没寿命谱结果可以看出，当Ga原子含量增加时，合金中的一些空位合并形成较大的自由空间；电子自旋顺磁共振谱的结果显示，随着Ga含量的减少，共振峰的间距变窄，说明Ga原子的添加对Fe元素的3d电子有所影响。在Fe-Ga合金中添加Mn、Al和Co对其微结构和磁致伸缩性能有着不同的影响。Mn的添加，使Fe-Ga合金的饱和磁化强度降低，磁致伸缩系数也减小；Al的添加尽管没有改变合金的相结构，但却使合金的空位缺陷尺寸增大。当Al含量为3at%时，其磁致伸缩系数最小，仅为13.79ppm。对于富镓的合金的研究，所得的结果趋势与Clark等人的报道类似，但其磁致伸缩系数却较低。在Fe-Ga合金中添加Nd、Tb等稀土元素，引入3d-4f电子间的相互作用，对磁致伸缩系数有着明显的影响。Nd的添加，增大了合金的磁致伸缩系数，而Tb则由于和Fe形成反铁磁耦合，降低了合金的磁致伸缩系数。这个结果，说明合金中不同的电子间相互作用，对磁致伸缩系数起着不同的作用。