电子密度对NiMn基合金马氏体相变温度的调制作用研究

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)由于结构相变和磁性相变之间的耦合作用，在马氏体相变过程及马氏体状态下表现出丰富而奇特的物理现象及潜在的应用前景，近年来备受人们的关注。有效调控合金马氏体相变温度和提高其性能是当前研究的热点。价电子浓度和晶格尺寸是影响马氏体相变温度的两个主要因素，但二者均不能独立地解释合金马氏体相变温度变化的普遍规律。我们认为：综合价电子浓度和晶格尺寸，电子密度(单位体积的价电子数目)更适合用来解释马氏体相变温度的变化规律。本项目中，我们将对合金不同位置元素进行替代，系统地利用磁、热、电等测量手段和第一性原理计算，研究电子密度对马氏体相变温度的调制作用，深入了解NiMn基铁磁形状记忆合金马氏体相变的规律和物理机制。

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Z(Z=In,Sn,Sb)由于结构相变和磁性相变之间的耦合作用，在马氏体相变过程及马氏体状态下表现出丰富而奇特的物理现象及潜在的应用前景，近年来备受人们的关注。有效调控合金马氏体相变温度和提高其性能是当前研究的热点。一般来说，马氏体相变随着价电子浓度的升高或晶格尺寸的收缩而升高。然而某些情况下价电子浓度和晶格尺寸机制均不能独立地解释合金马氏体相变温度变化的普遍规律。我们认为，综合价电子浓度和晶格尺寸，电子密度更适合用来解释马氏体相变温度的变化规律。. 本项目中，我们系统研究了元素掺杂对Ni-Mn-X 铁磁形状记忆合金马氏体相变特征温度、过程、磁矩、居里温度的影响;同时根据第一性原理,利用广义梯度近似（GGA）下的PBE 泛函方法对合金的电子结构、磁性进行理论计算。研究结果表明：当利用金属元素如Al、Cu等进行掺杂，晶格体积和价电子数目之间的竞争关系决定了马氏体相变温度的变化，可以归结为电子密度因素；而当利用Si、Ge等半导体元素进行掺杂时，由于并不能用其外层电子计算真实平均价电子数目，应该以有效平均价电子数目来研究合金马氏体相变温度变化的规律。因此，在半导体元素掺杂时，综合原子平均价电子数目和晶格尺寸，有效电子密度更适合用来解释马氏体相变温度的变化规律。. 由于在马氏体相中，Ni-Mn-Z合金具有复杂的磁结构，如铁磁和反铁磁共存，以及再入型自旋玻璃态、超顺磁、超自旋玻璃和顺磁等磁性，与之相关的交换偏置效应也成为研究热点。我们在进行相变温度调节的同时，也对合金的交换偏置效应进行了研究，如改变马氏体相变温度、马氏体居里温度等方式，提高马氏体相中的反铁磁性，进而增强了交换偏置场。.在完成项目的同时，我们开展了关于零场冷交换偏置效应的研究。相对于场冷等方式获得的传统交换偏置效应，自发交换偏置是一种新物理现象，可以在无剩磁零场冷后获得。该效应可用界面可移的自旋双畴模型进行定性解释，即初始磁化过程中界面移动形成具有单轴各向异性的稳定自旋结构界面。当前报道的大多是负向自发交换偏置（磁滞回线向初始磁场负方向偏移）。我们根据双畴模型提出正向交换偏置的存在，并在Mn0.7Fe0.3NiGe合金中观察到正向零场冷交换偏置效应及高初始磁化场下的负向零场冷交换偏置效应。