Ni-Mn-Z(Z= Sn,In)哈斯勒合金巨磁电阻效应和交换耦合机制的研究

In ultra-high vacuum system,epitaxial growth of magnetic single-crystal thin films of new type Heusler alloys(Ni-Mn-Z and Ni-Co-Mn-Z,Z=Sn,In) is carried out by pulsed laser deposition (PLD) method. The structure transformation accompanied with the magnetic phase transformation,which is induced by applying magnetic field, will be investigated in these magnetic films. In the region of this first-order martensitic transformation, the influence of applying magnetic field and magnetic anisotropy energy on conduction electron scattering mechanism will be considered. The specific use of the femtosecond laser time-resolved magneto-optical Kerr effect(TR-MOKE) experimental measurements, magnetic anisotropy and magnetic relaxation would be studied. The magnetoresistance is measured by multifunctional property measurement technology. According to the experimental results and theory analysis, the origin of giant magnetoresisitance(GMR) would be obtained in this alloy system. In addition, magnetic evolution and magnetostructural coupling energy among phase interfaces are researched in this complicated magnetic phase system, such as ferromagnetic/antiferromagnetic/spin glass/superparamagnetic clusters,etc.in the area of magnetic phase separations for low temperature martensite.With the help of theory analysis,the new physical mechanism and new pattern for exchange bias (EB)in the coexistence of these multiple phases are expected, and the basic research datum and experimental accumulation for these alloys would be provided for their potential applications in the future.

在超高真空系统中，利用脉冲激光沉积方法，外延生长新型Ni-Mn基哈斯勒合金（Ni-Mn-Z和 Ni-Co-Mn-Z，Z=Sn，In）单晶磁性薄膜，研究薄膜在外加磁场诱导下的结构相变和与之相伴的磁相变，在此一级马氏体相变区域，开展外加磁场和磁晶各向异性能对传导电子散射机制的影响，具体采用具有飞秒激光时间分辨的磁光克尔效应，进行磁各向异性、磁弛豫等实验研究；利用多功能物性测量技术研究磁电阻，根据实验结果和理论分析获得这一合金体系巨磁电阻（GMR）效应的物理起源。另外，在马氏体低温磁相分离区域，研究铁磁/反铁磁/自旋玻璃/超顺磁团簇等复杂相体系中的磁性演化过程和相界面耦合能量，深入了解铁磁/反铁磁/自旋玻璃等多相共存机制中相界面耦合作用对交换偏置(EB)效应的影响，结合理论分析对交换偏置行为获得新的认识，发现新的物理机制和规律,进而为此类合金在未来的潜在应用上提供相应的基础研究资料和实验积累

近年来，在凝聚态物理研究领域，由于Ni-Mn基哈斯勒合金在马氏体相变过程中表现出独特的物理性能，如形状记忆效应、磁热效应以及巨磁电阻效应等，而受到人们的大量关注。在低温马氏体态这类合金所表现的交换偏置效应也是人们的研究热点之一。利用电弧炉制备了Ni-Mn基三元和四元哈斯勒合金多晶样品，与此同时，在超高真空系统中，利用脉冲激光沉积方法在MgO(001)单晶衬底上成功外延生长出Ni46Co4Mn37In13、Ni50Mn35In15铁磁哈斯勒合金和半金属Co2MnSn哈斯勒合金单晶薄膜。主要研究了多晶样品和单晶薄膜的马氏体相变、巨磁电阻效应、低温相分离体系的复杂磁结构所表现出的交换偏置效应。在合金中发现了零场冷情况下的交换偏置效应，利用低温马氏体态中存在超顺磁、超自旋玻璃和超铁磁等复杂的磁相结构对这一新奇现象给出了合理的解释。在Ni50Mn35In15单晶薄膜中也观察到了交换偏置效应，并从物理机制上给出了合理的解释。另外，对半金属Co2MnSn单晶合金薄膜进行了宽带的太赫兹辐射研究，结合磁性、结构对称性及泵浦频率随太赫兹发射的关系，揭示了太赫兹辐射源于磁偶极子的辐射作用。进一步通过光学泵浦太赫兹探测光谱发现光激发增加了热载流子的散射速率，并最终导致了光诱导的负光电导率现象。这些研究成果有助于深入理解Ni-Mn基哈斯勒合金所表现的多功能物性形成的物理机理，同时这类材料在发展磁传感、磁制冷等实际应用方面具有重要现实意义，研究工作为此类合金在未来的潜在应用上提供了相应的基础研究资料和实验积累。