(Mn1-xCox)65Sn35合金条带的磁特性与交换偏置效应研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YFY2006
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Ni2In型(Mn1-xCox)65Sn35系列合金存在铁磁/亚铁磁到顺磁的二级磁相变,该体系合金的磁相变温区很宽,并且体系的磁特性容易被Co元素调控,相变点附近表现较大磁热效应,在磁制冷领域具有潜在应用。随着温度的降低,此系列合金在低温时表现出类自旋玻璃的特征,由于多种磁性相互作用,导致该系列样品经过磁场冷却后,在截止温度TB以下出现巨交换偏置效应。本文主要研究(Mn1-xCox)65Sn35合金条带在随着Co掺杂量的增加时,体系的磁热效应与交换偏置效应及其演变规律,主要内容如下:在(Mn1-xCox)65Sn35系列合金条带中,随着Co元素掺杂量的增加,合金的结构与磁性产生了显著的影响。Co原子半径比Mn原子略小,电负性与电子浓度相近,所以在合金中具有很高的固溶度,在x=0.3时仍能保持很好的单相性。Co原子引入导致合金晶胞体积收缩,晶格参数减小。在(Mn1-xCox)65Sn35系列合金条带中,Co原子在晶格中的优先占位次序对体系合金的磁相变温度与磁化强度具有直接的影响。(Mn1-xCox)65Sn35系列合金条带发生的铁磁/亚铁磁到顺磁的二级相变过程中,由于合金伴随着磁有序度变化而引起磁熵的变化,通过计算发现合金产生较大的磁热效应。在这一合金体系中,随Co掺杂量的变化,合金的磁性相变点在88-216K的温度区间被调控。本文研究了(Mn0.95Co0.05)65Sn35和(Mn0.7Co0.3)65Sn355两个样品的磁热效应:通过分别测量两个样品相变点附近的等温磁化曲线,利用Maxwell关系式计算了对应合金条带样品的磁熵变,得到了两个样品在μ0ΔH=0-7T磁场变化下,最大磁熵变峰值分别为-1.96Jkg-1K-1和-4.75Jkg-1K-1,制冷温区分别为40K和35K,制冷能力分别为166.2和78.4Jkg-1,较大的磁熵变、较宽的制冷温区以及较大的制冷能力都表明该系列合金在磁制冷领域具有很大的应用潜力。(Mn1-xCox)65Sn35合金条带的零场冷和场冷热磁曲线在低温下发生了劈裂,且零场冷曲线上存在一阻断温度,阻断温度以下零场冷曲线的磁化强度变化极小,阻断温度以上磁化强度快速增加,通过交流磁化率等实验结果可知,这一现象是合金在低温下存在类自旋玻璃态的表现。场冷条件下,合金条带在阻断温度以下表现出交换偏置效应。合金的类自旋玻璃态与交换偏置效应与Co原子在合金中的占位有关:当Co原子掺杂量较少(x≤0.15)时,Co原子仅占据2(d)位,合金在阻断温度以下表现为完全自旋无序,交换偏置起源于自旋玻璃和亚铁磁畴的界面相互作用;在x=0.18附近,出现亚铁磁补偿,居里温度、饱和磁矩等都出现极小值,此时合金内部出现自旋玻璃、亚铁磁、反铁磁等多种相互作用,导致交换偏置效应达到最大;随着Co替代量的进一步增加,Co开始同时占据2(a)位,Co-Co对导致铁磁畴出现,此时交换偏置来源于自旋玻璃和铁磁界面相互作用,因此偏置场和矫顽场均呈现减小趋势。本文研究了(Mn1-xCox)65Sn35合金条带样品中与交换偏置有关的温度效应、最大测量场的影响、冷却场效应以及磁锻炼效应,研究Co与Fe、Ni元素共掺杂对合金磁性的影响。该合金体系的偏置场取决于类自旋玻璃态的阻断温度,矫顽场的极大值出现在阻断温度附近。测量场较小时,磁滞回线受小回线效应的影响,产生沿磁场轴正向的偏移。在温度条件不变的情况下,(Mn1-xCox)65Sn35合金的偏置场随冷却场的变化先增加后减小,在0.2T附近偏置场获得最大值。磁锻炼效应随循环次数的增加而减小,符合Bink经验公式。Fe元素与Co元素共掺杂可以降低合金的居里温度,Ni元素掺杂使得合金中产生了反铁磁相,两者对交换偏置效应的影响都不明显,这为探索(Mn1-xCox)65Sn35合金条带的交换偏置效应积累丰富的经验。
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