"ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ"  N 6, 2002

оглавление

дискуссия

 

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И МАРТЕНСИТНАЯ ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА ПРИ МАГНИТОСТРУКТУРНОМ ПЕРЕХОДЕ В Ni_2,19Mn_0,81Ga

 

В.Д.Бучельников, И.Д.Борисенко, К.В.Боярчук, И.Е. Дикштейн, Д.В.Ермаков, В.В.Коледов, Д.А.Филиппов, В.В.Ховайло, Т.О.Худавердян, В.Г.Шавров

Институт радиотехники и электроники РАН, 101999 Москва

Поступила в редакцию 14.06.02.г.

 

Экспериментально исследованы температурные и полевые зависимости намагниченности в полях 1-10 Тл, а так же эволюция двойниковой (мартенсит – мартенсит и мартенсит – аустенит) структуры при магнитоструктрном переходе по полю в образцах ферромагнитного сплава с памятью формы Ni_2,19Mn_0,81Ga. Обнаружен гистерезисный ход температурных зависимостей намагниченности, характерный для фазовых переходов 1-го рода. Выявлен гистерезисный вид полевых зависимости намагниченности в интервале от 2 до 10 Т, обусловленный индуцированным магнинтым полем магнитоструктурным переходом парамагниный аустенит - ферромагнитный мартенсит. Оптическими наблюдениями показано, что в мартенситной фазе наблюдаются области двойниковой мартенситной структурой двух типов: с широкими доменами и доменами в форме тонких игл. Формирование мартенситной доменной структуры сопровождается сильными внутренними механическими напряжениями, которые приводят к образованию трещин и обособлению областей с доменами разных типов. 

 

Магнитоструктурный переход (МП), то есть структурный фазовый переход, сопровождающийся изменением симметрии кристаллической решетки, протекающий совместно с переходом  в магнитоупорядоченное состояние как единый фазовый переход 1-го рода, наблюдался лишь в небольшом количестве соединений. Среди них ферромагнитные сплавы с памятью формы Ni_2+хMn_1-хGa представляют особый интерес для приложений, поскольку в них обнаружены гигантские магнитоиндуцированные деформации, обусловленные перестройкой структурных (мартенситных) доменов, и одно- и двухсторонние эффекты памяти формы, вызванные магнитоуправляемым структурным переходом по полю при постоянной температуре Т (см [1-3] и видеодемонстрации через ИНТЕРНЕТ http://jre.cplire.ru/jre/may01/1/text.html , http://jre.cplire.ru/jre/june02/1/text.html ) В [4] теоретически и экспериментально исследована фазовая (Т-х) диаграмма магнитного и структурного переходов в семействе сплавов Ni_2+хMn_1-хGa и показано, что частичное замещение  Mn на Ni приводит к понижению точки Кюри T_С и к повышению температуры мартенситного перехода T_M  до их слияния в точке МП в интервале концентраций х = 0,18 – 0,20 при Т= 334 К (см. рис.1). Вблизи МП чувствительность температуры перехода к магнитному полю максимальна [4-5]. Цель настоящей работы заключается в изучении промежуточного состояния вблизи МП, в частности зависимости намагниченности от поля и температуры, а также  эволюции двойниковой доменной структуры мартенсит – мартенсит и аустенит - мартенсит в процессе МП.

 

Рис. 1. Фазовая диаграмма (Т-х) в семействе сплавов Ni_2,19Mn_0,81Ga. Т_М – температурного перехода, Т_С – точка Кюри.

 

Образцы поликристаллов Ni_2,19Mn_0,81Ga получали методом дуговой плавки по методике [1].         В эксперименте эволюцию структурных доменов мартенсит – аустенит и мартенсит – мартенсит на полированной поверхности образца Ni_2,19Mn_0,81Ga наблюдали в микроскоп (см. фильм 1) и фиксировали на видеоленте. Одновременно при помощи магнитометра на основе датчика Холла измеряли температурную зависимость намагниченности образца М в поле от 0  до 10 Тл. Типичные кривые зависимостей М(Т) (см. рис. 2) имеет гистерезисный характер, свойственный фазовому переходу 1-го рода.

 

 

 

Рис. 2. Температурные зависимости намагниченности образца Ni_2,19Mn_0,81Ga во внешнем поле 400 Э (а) и 60 кЭ (б).

 

На рис. 3 показаны типичные кривые зависимостей М(Н). При Т < 327 К зависимость М(Н) характерна для ферромагнетика. При Т > 345 К зависимость характерна для парамагнетика. Необычный гистерезисный характер зависимостей М(Н) в полях 2-10Т при температурах Т= 339 К и Т = 341 К можно объяснить магнитоиндуцированным мартенситным переходом. При этом переходе в образце изменяется количество ферромагнитного мартенсита и соответственно увеличивается полная намагниченность образца. 

 

Рис. 3. Полевые зависимости намагниченности при различных температурах. Т = 327 К, образец находится в ферромагнитном мартенситном состоянии. Т = 339, 341 К, область магнитоиндуцированного магнитоструктурного перехода. Т = 345 К, образец находится в парамагнитном аустенитном состоянии.

 

Фильм 1. Эволюция двойниковой доменной структуры при магнитоструктурном переходе по температуре. Области 1, 3 заняты широкими доменами. Область 2 – занята доменами в виде тонких игл.

 

Фильм 1 иллюстрирует процесс эволюции двойниковой структуры в образце под действием цикла нагрева – охлаждение. Первоначально образец находится  от моментов перестройки вариантов до появления и роста зародышей мартенситной фазы и в обратном порядке при охлаждении. В образце наблюдаются области с МДС двух типов: области 1-го типа (обозначены 1,3) с широкими доменами и 2-го типа с доменами в форме игл (область 2 d). Формирование ДС сопровождается сильными внутренними механическими напряжениями, которые приводят к образованию трещин и обособлению областей с доменами разных типов.

Фильм 2. Эволюция двойниковой доменной структуры при магнитоструктурном переходе по магнитному полю при постоянной температуре Т = 341 К.

 

Фильм 2 демонстрирует изменение наблюдаемой на поверхности образца двойниковой структуры в процессе увеличения, а затем снижения поля при Т = 341 К. Наблюдается процесс обратимого появления зародышей мартенситной фазы, их рост, а при снижении поля - исчезновение.

Работа поддержана грантами РФФИ-БРФФИ 02-02-81030 Bel2002_a, РФФИ 02-02-16636a, и Japan Society for the Promotion of Science, Izumi Science Technology Foundation (B) No. 11695038.

 

[1] A.A. Cherechukin, I.E. Dikshtein,  et al., Phys. Lett. A 291 (2001) 175.

[2] В.Г.Шавров, А.В.Глебов, И.Е.Дикштейн и др., Журнал Радиоэлектроники No. 5 (2001) ( http://jre.cplire.ru/jre/may01/1/text.html )

[3] И.Д.Борисенко, К.В.Боярчук, В.Д.Бучельников и др., Журнал Радиоэлектроники No. 6 (2002) ( http://jre.cplire.ru/jre/june02/1/text.html )

[4] А.Д.Божко, А.Н.Васильев, В.В.Ховайло и др. ЖЭТФ 115 (1999) 1740.

[5] И.Е.Дикштейн, Д.И.Ермаков,  и др., Письма в ЖЭТФ, 72 (2000) 536.

 

оглавление

дискуссия