四方系Mn-Ga磁性材料的中子衍射研究

The development of non-rare earth, non-precious metal magnetic materials with high magnetocrystalline anisotropy is one of the important directions of the magnetic materials research. Mn-Ga magnetic materials have the advantages of high Curie temperature, high magnetocrystalline anisotropy, large-scale adjustable magnetization and small magnetic attenuation coefficient, and therefore have the potential to be developed into a high-performance permanent magnetic material, magnetic recording Materials, spintronics materials and the like. Aiming at the problems which are difficult to be solved by conventional methods, this proposal meets the construction of the three major neutron sources in our country and focuses on the study of the crystal and magnetic structure of the Mn-Ga magnetic materials using neutron diffraction method under different temperature/pressure/preparation conditions. This research will also promote the neutron diffraction technology and the talent-training in the correlative fields.

开发高性能无稀土磁性材料是当今磁学与磁性材料研究的重要方向之一。Mn-Ga磁性材料同时具有高的居里温度、强磁晶格向异性、大范围可调的磁化强度和小的磁衰减系数等优点，因而有潜力开发为性能优异的永磁材料、磁记录材料、自旋电子学材料等。针对当前Mn-Ga磁性材料研究中存在的常规手段难以解决的晶体结构、磁结构测定以及结构转变机理等问题，本项目配合我国三大中子源科学平台的成功建设，拟以中子衍射方法作为主要手段研究Mn-Ga磁性材料，重点解析Mn-Ga磁性材料在不同温度/压力/制备条件下的晶体结构和磁结构。该项目将同时有助于推动中子衍射技术在我国的应用和发展，积累技术，培养人才。

高性能磁性器件的应用，对于节能减排、绿色环保和新型能源经济发展具有重要价值。近年来国际市场稀土价格的剧烈波动促使开发和研究高性能非稀土、低成本永磁材料成为国际上的研究热点。Mn基合金由于其丰富的相结构、多样的内禀磁性及在众多领域潜在的应用价值而引起了研究者的热切关注。其中，Mn-Ga磁性相的相区较宽，也更加稳定，有望制成性能优异的磁记录材料、永磁材料、自旋电子学材料等，是具有很高科研和开发价值的材料。.本课题主要研究内容包括MnxGa磁性相的制备研究、晶体结构与磁结构研究、磁性与磁性调控研究等。同时，本课题还涉及原位X射线与中子衍射装置的优化研究。.(1)样品制备：我们通过电弧熔炼、速凝等技术制备出了高纯度MnxGa（1.2≤x≤3.0）磁性相（x=1.0的样品不能制备出磁性相），为后续结构和磁性研究奠定了基础。.(2)结构测试与分析：我们通过原位X射线与中子衍射方法重点研究了MnxGa合金的晶体结构和磁结构。研究表明，所有的MnxGa（2.6≤x≤3.0）样品在300-700K范围都能保持稳定的亚铁磁DO22相，这意味着MnxGa（2.6≤x≤3.0）磁性材料具有较高的温度稳定性，可尝试通过高温条件下的磁场热处理方法优化其磁性能。.(3)磁性测量与磁性机理研究：利用PPMS测量了MnxGa的内禀磁性信息。研究表明，随着Mn含量的增加，磁有序温度显著提升。Mn2.8Ga样品在700K仍能保持24.3emu/g的饱和磁化强度和4.5kOe的矫顽力，体现了高温环境下的磁性材料的应用价值。同时，我们通过小磁滞回线测量，研究了高锰含量样品在700K高温的矫顽力机制，研究表明钉扎机制在700K高温条件下起主要作用。.(4)磁性优化：我们尝试通过磁场热处理方法优化高锰磁性样品的磁性能，发现在外加磁场条件下的热处理有助于提高材料的饱和磁化强度。磁场热处理之后，Mn3.0Ga样品的饱和磁化强度（300K）提升了37%，由18.3emu/g提升到25.0emu/g。.(5)设备改进：依托本课题，我们还对北京大学高强度中子衍射谱仪的原位变温测量装置、高压装置、X射线高温样品环境装置等做了优化，为今后的相关科研奠定了良好的基础。