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以当今国际热点铁磁Hesuler合金为研究背景,本论文选择具有两相竞争、物理化学性质丰富的Ni-Fe-Ga体系合金为研究对象,并在此基础上尝试了Cr-Co-Ga体系新材料的探索。运用提拉法生长单晶、电弧熔炼及甩带快淬火方法制备多晶铁磁Hesuler合金。通过X射线衍射仪和透射电子显微镜表征材料的晶体结构。使用不同磁性测量、电性测量、应变测量等多种测试手段并第一性原理计算对材料的物性进行了详细研究。
本论文主要包括八个部分内容:
在第一部分绪论中对铁磁Hesuler合金的发展背景进行简要介绍,并简述该领域近几年里的研究现状及取得的研究成果。另外,一些研究成果与本论文工作相关的部分,会在各章中分别提及。主要有被结构第二相增韧的单晶Ni2FeGa合金的形状记忆效应,偏分多晶样品中马氏体相变相关物性及Cr-Co-Ga体系合金的磁性和结构研究等。
第二章中作者对本工作中涉及到的所有实验方法、测量手段及理论计算方法,并它们的具体工作原理进行了集中介绍,并将在后面各章工作中对相关部分简要提及。
第三章主要对玻璃净化方法制备的高质量Ni2FeGa单晶样品的结构、磁性、应变及形状记忆效应进行了细致研究报道。发现由于第二相γ相在单晶生长方向沿其自身[100]方向取向,造成在空载下马氏体相变时应变表现出各向异性。并且由于γ相对母相的增韧作用,使得单晶可在母相做曲率较大的形变,进而发生与其他铁磁形状记忆合金不同的形状记忆效应。
为了进一步理解热弹性马氏体相变,通过在正分合金基础上减少Fe含量在Ni50Fe25-xGa25+x合金中发现该体系马氏体相变温度最低x=2的成分。在物性上该成分显示出磁晶各向异性对原子占位的高度敏感,甚至在快速凝固的甩带样品中出现高于马氏体相磁晶各向异性的反常行为。对于其中的物理原因在第四章中进行了讨论。
第五章的内容是第四章工作的延伸。在x=3的成分合金相变消失,通过电镜和磁测量证明马氏体相以纳米级的应变玻璃形式存在于母相中。这一发现丰富了人们对铁磁Htesuler合金中的马氏体相变的认识。X=6是宏观铁磁有序温度消失的成分,在低温发现典型的自旋玻璃行为,并且种种迹象表明结构上的应变玻璃似乎与自旋玻璃存在一定耦合。
应变玻璃概念的提出为我们寻找新型功能材料提供了新方向。在Cr-Co-Ga体系合金的探索过程中,除了在第六章报道了从Co2CrGa到Cr2CoGa间渐变成分的物性,在第七章中针对Cr50Co25+xGa25-x中发现的高各向异性现象,进一步做了高分辨电镜测试,发现合金中存在比较普遍类应变玻璃的晶格畸变,似乎预示在该体系中有望发现新的功能材料。
论文的最后一章对研究工作进行了总结。