利用中子衍射技术研究锰基金属间化合物交换偏置效应

Exchange bias (EB) is one of the hot topics in magnetic field, which is widely applied to the fundamental researches and applied disciplines. Neutron diffraction technique is the best effective method to characterize the structure of material, especially for the magnetic structure and to distinguish between neighbor elements. The project, relying on the neutron scattering research platform at CMRR (China Mianyang Research reactor) and using the neutron diffraction technique as the main research method, investigates the EB effect of the manganese based intermetallic compounds（Y(Mn,M)2, Y(Mn,M)12, Y2(Mn,M)12, Y6(Mn,M)23, M=Fe, Co, Ni）on atoms and spin scale. The project aims to prepare high quality single Mn-based alloys by using melting, rapid quenching and optimum heat treatment processes; then the conventional means (XRD, electron microscopy and magnetic measurements) are used to characterize the relationship between the crystal structure, composition and the EB field and to search the homogeneous alloy with large exchange bias field; lastly, using the variable temperature neutron diffraction and micro magnetic simulation, establishes the effectively physical model to explain the physical mechanism of the EB. The project can provide theoretical and technical support to seek the EB material system with great application value.

交换偏置在基础研究和实际应用两个方面都有着广泛的前景，是磁学领域的研究热点；中子衍射技术是表征材料晶体结构尤其是磁结构、区分近邻元素的最有效工具。本项目依托于“中国绵阳研究堆”中子散射科研平台，以中子衍射技术为主要研究手段，从原子和自旋层面研究锰基金属间化合物（Y(Mn,M)2, Y(Mn,M)12, Y2(Mn,M)12, Y6(Mn,M)23, M=Fe, Co, Ni）的交换偏置效应。本项目拟采用熔炼、快淬等手段及最佳热处理工艺，制备出高质量单相锰基合金；通过常规手段（XRD、电镜和磁性测量等）对样品进行表征，找出晶体结构和成分与交换偏置场的关系，得到具有巨大交换偏置效应的同质合金材料；通过变温中子衍射手段，得到材料的磁结构，再利用微磁学模拟，建立有效的物理模型，从而从原子和自旋层面解释交换偏置的物理机制。为寻找具有应用价值的交换偏置体系提供理论和技术支撑。

交换偏置在基础研究和实际应用两个方面都有着广泛的前景，是磁学领域的研究热点；中子衍射技术是表征材料晶体结构尤其是磁结构、区分近邻元素的最有效工具。 本项目依托于“中国绵阳研究堆”中子散射科研平台，以中子衍射技术为主要研究手段，从原子和自旋层面研究锰基金属间化合物交换偏置效应。本项目采用电弧熔炼的方法制备得到了RFexMn12-x (R=Y, Gd, Tb和Er，x=6.0-9.0)合金样品，并利用X射线衍射、中子衍射、磁性测量等多种手段对材料的结构和磁性进行表征。结合熔炼、热处理与xrd结构表征，获得不同稀土样品的最佳热处理温度及相区间数据。通过基本磁性测量，表征了RFexMn12-x (R=Y, Gd, Tb和Er，x=6.0-9.0)合金的基本磁性特征，获得YFexMn12-x合金和TbFexMn12-x合金的精细磁相图。同时在YFexMn12-x合金样品中观察到了巨大的场冷交换偏置以及零场交换偏置效应，在TbFexMn12-x合金中观察到可调制的类交换偏置效应。利用变温中子衍射测量，得到了典型材料的磁结构数据，结合磁测量、中子衍射的结果，利用微磁学模拟方法，建立引入等效各向异性的单自旋的M-B模型，研究材料交换偏置的温度效应，模拟结果与实验结果变化趋势一致，都出现了交换偏置场随温度变化突然转变的现象。通过本项目，我们首次在同质合金中观察到巨大的交换偏置效应，同时揭示了同质合金材料交换偏置效应的基本条件，为寻找此类样品提供样本。