六角型MM'X合金中铁磁有序对结构相变的抑制行为研究

As a new family of magnetostructural phase-transition materials, MM'X alloys have been intensively studied for the desired excellent properties. It is found that there is a strong suppression of martensitic transformation by the ferromagnetic ordering of austenite phase. In order to address and reveal the underlying physical mechanism, the current proposal intends to study the influence of the establishment of ferromagnetic ordering on the crystal structure, electronic structure, chemical bonding, elastic properties and lattice vibration, on the basis of the theories of ferromagnetism and martensitic transformation. The study is aiming at the influence factors and action rules, and is attempting to provide theoretical foundation and tuning methods for new materials and their good properties. Based on this, the current proposal will explore the new magnetostructural materials by separating the structural transition and the ferromagnetism. The current proposal exhibits important significance in terms of scientific researches and technological applications.

MM'X合金是一类新的磁相变材料，针对其优异性能的研究成为当前的研究热点之一。本申请项目针对MM'X合金中母相铁磁性对马氏体相变的强烈抑制这一重要物理行为，以铁磁学理论和马氏体相变理论为基础，采用"实验测量+第一性原理计算"相结合的研究方式，研究铁磁有序的建立对材料晶体结构、电子结构、化学成键、弹性性质及晶格振动的影响，揭示马氏体相变被铁磁态抑制的物理机理，深化对马氏体相变的影响因素及作用规律的认识，为新材料的发现和性能的提升提供研究依据和调控方法，具有重要的科学意义。在此基础上，本项目将利用铁磁性对结构相变的影响规律，尝试从铁磁态中对马氏体相变进行剥离，探索发现磁相变材料新体系，具有重要的实践意义。

磁相变材料是兼有磁性和晶体结构相变的多铁性功能材料。在相变过程中表现出丰富的磁相变相关物理效应，磁相变材料成为磁性功能材料领域中的一个重要研究方向。.本项目的代表性研究内容有：1）六角型合金临界磁相变行为研究；2）运用等结构合金化思想通过第一性原理计算寻找磁相变材料；3）Ni2In型六角合金超宽磁相变温度窗口的构建；4）大温区连续可调磁相变行为设计与调控；5）新型All-d-metal Heusler铁磁形状记忆合金的发现；6）伴随有大体积变化的Mn2基All-d-metal磁相变合金的实现；7）宽温域高阻尼磁相变材料研究。.在本项目中，我们利用两个等结构相的相稳定性和磁性来确定合金化元素，进而同步调控了六角体系的磁相变行为，获得了一系列理想的磁相变行为和新材料。在研究中，我们深入分析了共价杂化在磁相变和铁磁耦合调控中的重要作用，分析了母相铁磁有序（居里温度）对马氏体结构相变影响的物理机制，指出了降低母相居里温度对宽温域连续可调的磁相变行为具有非常重要的作用。在此基础上，我们通过非磁性等结构体合金化，剥离了磁有序对结构相变的抑制作用，成功将Mn(Fe,Co)Ni(Ge,Si)体系的母相居里温度降至最低40K附近，从而将马氏体相变调节至马氏体结构相变的热激活温度极限，同时也将马氏体的居里温度上调至450K，获得了400K宽的相变温度窗口。.研究中我们进一步发现，共价杂化规律对相稳定性和磁耦合的影响具有普适性。基于Heusler及MM'X合金中p-d共价杂化的分析基础，指出了共价杂化会形成满壳层成键，进而提出了满壳层d-d共价的思想。在实验中实现了B2有序的全d-metal Heusler合金Ni2MnTi与Mn2NiTi，采用Co的铁磁激活效应，进而获得了Ni50-xCoxMn35Ti15和Mn50Ni40-xCoxTi10铁磁形状记忆合金磁相变新材料。该研究丰富了Heusler合金的成相规律和家族成员，并为磁相变新材料的未来探索和设计提供了重要的启示，获得了中国自主知识创新成果，使我国在磁相变新材料探索领域中保持领先地位。.本项目执行期间，发表SCI文章17篇，申请中国专利2个，美国专利、欧盟专利、日本专利各1个。在国际会议做特邀报告4次。协助培养的博士生获得中科院物理所所长优秀奖1人次，表彰奖3人次。