RFe2型化合物磁化机理与磁致伸缩效应的研究

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RFe2型稀土过渡金属间化合物具有大的磁致伸缩值和丰富的磁学特性。本文采用电弧熔炼和退火的方法制备了TbxHo1-xFe1.9Mn0.1和轻稀土元素Nd掺杂下TbxHo0.9-xNd0.1Fe1.8Mn0.1合金。采用X射线衍射(XRD)、洛伦兹透射电子显微镜(LTEM)、电子全息(EH)、振动样品磁强计(VSM)、超导量子干涉仪(SQUID)和静态电阻应变仪等测试手段对磁致伸缩合金的结构、磁畴结构、磁晶各向异性、易磁化方向(EMD)、磁性能和磁致伸缩性能进行了研究。TbxHo1-xFe1.9Mn0.1(0.08≤x≤0.16)合金体系,采用洛伦兹透射电子显微镜(LTEM)对磁畴结构进行表征。电子全息实验直接验证了EMD随成分的变化规律,x≤0.10时EMD为<100>轴,x≥0.12时EMD为<111>轴。基于EMD的变化并通过评估磁晶各向异性常数K1、磁性能和磁致伸缩性能,在x=0.12时,合金实现了磁晶各向异性补偿。通过原位磁场LTEM对磁畴壁运动的观察,当x=0.16时,成分处于富Tb侧,临界磁场Hcr为100 Oe,随着Tb含量的减少,Hcr连续降低为60 Oe(x=0.12)。Tb0.12Ho0.88Fe1.9Mn0.1合金实现了大的低场磁致伸缩,在H=1 kOe时λa为200 ppm,是一个良好的磁致伸缩材料。本项工作有助于理解C15 Laves相系统中的磁晶各向异性,磁化过程,磁畴壁运动和磁致伸缩之间的关联机制。对于TbxHo0.9-xNd0.1Fe1.8Mn0.1(0.08≤x≤0.25)合金体系,研究了轻稀土Nd元素的引入对于该合金体系的相结构和磁致伸缩性能的影响,通过取向磁体XRD图表明合金成分在x≤0.08时,EMD为<100>轴,当x≥0.15时,EMD为<111>轴。EH技术进一步确认EMD随成分的变化规律。此外,通过原位洛伦兹透射电子显微镜研究了磁畴结构,畴壁运动的难度与磁晶各向异性大小之间的关系。在磁晶各向异性补偿点附近,即x=0.15时,Tb0.15Ho0.75Nd0.1Fe1.8Mn0.1合金具有大的低场磁致伸缩值,在2 kOe时λa~322 ppm。本工作清晰阐明轻稀土掺杂的超磁致伸缩材料的磁晶各向异性,成分补偿和畴壁运动之间的关系。
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