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穆斯堡尔谱学在磁性材料研究中具有重要的作用,其特点是通过研究超精细相互作用来研究材料的磁结构与磁特性。伴随着新技术的发展,穆斯堡尔谱学在磁性材料中的应用也不断地得到扩展和补充。另一方面,各种磁性材料的出现以及各种磁效应如巨磁阻效应、巨磁卡效应的发现和应用,也为穆斯堡尔谱学提供了用武之地。虽然穆斯堡尔谱学通常情况下只能用于研究含Fe材料的磁性,但是采用其它间接的穆斯堡尔谱学方法研究材料的磁性仍是一个非常适宜的方法,比如,本工作采用了具有非磁性的Sn原子作探针原子测量119Sn穆斯堡尔谱,以研究材料的磁结构与磁特性;采用增丰57Fe同位素进行对Mn进行替代掺杂,测量57Fe穆斯堡尔谱来研究含Mn材料的磁结构与磁特性,为穆斯堡尔谱学在磁性材料的研究提供了新的途径。本文主要对两类合金材料的磁结构与磁相变特性进行了详细的研究:
1、制备了Hf1-xTax(Fe1-yAy)2(A=Co,Mn,A1)系列合金,利用XRD、磁测量与穆斯堡尔谱学方法对其结构、磁结构与磁相变特性进行了研究。XRD研究表明各个样品均为C14型Laves相结构。对Hf1-xTaxFe2合金,研究表明存在FM—AFM与AFM—PM两个相变点,并且在AFM时,6h位Fe原子沿c轴方向,相邻两层为反铁磁耦合,2a位Fe原子为非磁性。在AFM—FM相变点,Fe原子自旋方向发生转向,研究表明FM时Fe磁矩方向位于ab平面内,方向[110]。采用穆斯堡尔谱学方法研究了Co,Mn,A1原子对Fe原子进行少量替代掺杂对磁结构与磁相变的影响。表明少量Co原子替代将使得低温下的FM态消失,而Mn原子替代将使得在低温下出现FM+AFM混磁相,少量A1原子替代没有对磁结构产生明显的影响,但是两个相变点均分别减小(PM—AFM)与增加(AFM——FM)。研究还得到了合金磁结构随替代原子浓度的磁相图,对认识Hf1-xTaxFe2合金的磁特性具有一定的意义。Hf1-xTaxFe2合金被认为是第一个被发现的具有FM—AFM相变的磁性合金,并且由于该相变而可能存在较大的磁致电阻与磁卡效应而具有潜在的重要应用,但是此前对FM态的磁结构尚不清楚。本项工作的重要意义在于采用穆斯堡尔谱方法,揭示了该合金的磁结构,并且首次系统地研究了Co,Mn,A1等原子掺杂对磁性能的影响,为寻求该合金的潜在应用提供依据。
2、制备了RT6Sn6(R=稀土,T=Mn,Fe)系列合金。利用XRD、磁测量与119sn、57Fe穆斯堡尔谱研究了合金的结构与磁性。研究表明,PrMn6Sn6为HoFe6Sn6型晶体结构,常温下即为铁磁体,其磁结构为Mn与Pr两个亚晶格同时有序,并且为铁磁耦合。采用119Sn穆斯堡尔方法进行了研究,表咀PrMn6Sn6的磁化方向垂直于a轴。制备了YFe6Sn6与ErFe6Sn6两个Fe基合金,采用57Fe与119Sn穆斯堡尔谱研究了其反铁磁特性,表明Fe原子磁矩位于bc平面,相邻两层为反铁磁耦合。制备了ErMn6Sn6合金,研究表明合金为HfFe6Ge6型晶体结构,合金在352K~80K温度范围内为反铁磁性。119Sn穆斯堡尔研究表明,合金中Mn原子在ab平面内为铁磁耦合,并且垂直于c轴,相邻两层为反铁磁耦合。温度低于80K时,合金表现为亚铁磁性,这是由于Er亚晶格出现磁有序引起的。采用1%的增丰57Fe同位素对Mn原子进行替代,测量了300K与20K的57Fe穆斯堡尔谱。表明300K与20K时,Mn原子磁矩方向均在ab平面内,并且沿[210]方向。制备了TbMn6Sn6与DyMn6Sn6两个合金,并且采用2%的增丰57Fe同位素对Mn原子进行了掺杂替代,对其磁结构与磁相变特性进行了研究。XRD研究表明这两个合金均为HfFe6Ge6型晶体结构。在20K~390K之间测量了119Sn与57Fe穆斯堡尔谱,研究表明两个合金均随温度均存在自旋重取向现象,其中TbMn6Sn6合金的TSR=310K,在T>TSR时,磁化方向位于垂直于c轴,当T<TSR时,磁化方向沿c轴。对DyMn6Sn6,TSR=250K,在T>TSR时,磁化方向也垂直于c轴,而当T<TSR时,磁化方向发生转向,沿c轴约成45°。RT6Sn6(R=稀土,T=Fe,Mn)是近年来令人感兴趣的研究材料,其天然的层状结构为研究合金层间与层内磁性耦合以及稀土.过渡族合金磁性提供了实例。本工作系统的研究了多种该结构的合金,对它们的磁结构与磁相变进行了研究,特别是对T0Mn6Sn6与DyMn6Sn6两个合金,首次采用了119Sn与57Fe穆斯堡尔谱对其自旋重取向行为进行了研究。本项工作的重要意义在于用非磁性的Sn原子以及掺杂57Fe原子作探针,通过119Sn与57Fe穆斯堡尔谱来研究该类合金的磁结构与磁相变特性,是穆斯堡尔谱学的重要发展。