Heusler合金Ni2FeGa磁性应变玻璃的基本物性和应用研究

This proposal report is about the investigation on a kind of novel magnetic strain glass (SG) based on the magnetic martensitic transformation material of Heusler alloy Ni2FeGa. As a research object, this material is characterized by having ferromagnetic properties and having SG transition and martensitic transformation which successively occur during the duration of lowering down temperature. The origination of the SC is the disorder of atomic occupation. Based on the characters of the objects, the thermodynamic properties of the mother phase, SG and the martensite will be investigated. The kinetic behavior of the generation and extinguishment will be studied. The research will reveal the physical mechanics of coupling effect between the magnetic moment and the deformed lattice in the SG. The multifunctional applications related to the magnetism of this material system will be explored. Among the research methods and the technologies, the sensitivity between the deformed lattice and the magnetocrystalline anisotropy will be paid more attention and the NMR measurement will be used to verify the effects from the SG and disorder. The goal of the proposal is to obtain the new magnetic SG materials, to reveal the various physical properties of them and to know how to apply this kind of material in the future.

本项目将开发和完善一个新型的磁性应变玻璃材料体系。这个材料的特点是应变玻璃由原子占位无序导致，兼有应变玻璃转变和马氏体相变两种结构转变。借助这一特性，我们将研究无序母相-应变玻璃-马氏体三种结构相互转变的热力学问题，研究应变玻璃产生于母相并消亡于马氏体的动力学过程，研究磁性和玻璃团簇晶格畸变相互耦合的物理机理。基于材料的高磁晶各向异性和磁场反驱动应变玻璃的特性，探索磁性应变玻璃的多功能应用途径。研究方法抓住磁晶各向异性对晶格畸变的敏感性，技术路线强调核磁共振能够区分无序和玻璃态两种结构的特点。本项目的目标是获得磁性应变玻璃新材料，揭示磁性应变玻璃的各种材料物理特性，为实现磁性应变玻璃的实际应用提供理论依据和技术支持。

本项目自2015年1月开始，至2019年12月结束，完成了NiFeGa应变玻璃的成分，掺杂，无序度等因素对相变和玻璃转变的影响的研究，从多个角度获得应变玻璃样品。筛选出各种兼有和非兼有的相转变和各种磁结构的材料，开展了热力学、动力学、玻璃结构和多结构耦合研究。全部任务按时完成。..主要的研究成果如下。.1）.合成了NiFeGa的各种样品，测量了其中相变和应变玻璃及对应的磁性行为。本项目研究的NiFeGa合金属于化学偏分的Heusler合金，采用熔融方法制备的合金，容易产生面心立方的第二相（fcc相），破坏样品的单一性，改变磁性和马氏体相变特性，这对于研究是不利的。.2）.合成了FeMnGa各种样品，测量了其中相变特性和磁性性质。研究发现，材料的结构转变非常丰富。本项目研究的FeMnGa合金属于化学正分和偏分兼具的Heusler合金，采用熔融-凝固方法制备的合金，容易产生面心立方的第二相（fcc相）。Fcc相的产生将导致bcc母相的成分变化，破坏样品的单一性，改变磁性和马氏体相变特性。这对于研究是不利的，因此我们通过一定的热处理手段得到了具有马氏体相变特性的样品。.3）.发现了NiFeGa合金的反相畴界效应。不发生马氏体相变的Fe21在低温部分磁化曲线会发生一个缓慢的上跳。这一上跳带来的结果是降低了母相的磁晶各向异性，其效果与Fe23的马氏体相变类似。.4）.确定了Ni2FeGa材料中的应变玻璃的结构，是晶粒间界两边的非共线排列的磁矩相互作用而产生的磁性，结构，内应力等一系列相互关联，相互制约的集合体。这些相互作用随着温度的变化（降低），磁性冲突的加剧，磁畴的钉扎，内应力的增加而表现明显。最终形成了结构为纳米团簇，磁性为铁磁背景下的团簇自旋玻璃（cluster-spin-glass）。