【摘 要】
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本文从实验和计算两方面研究了掺杂过渡族金属元素对Fe2MnGa合金晶体结构和磁性能的影响。通过取代Fe2MnGa合金中的主族元素或者过渡族元素,获得了一系列具有不同晶体结构和磁性的三元或四元合金,从而实现了对Fe2MnGa合金物理性能的调控。通过甩带快淬技术成功合成了一系列Fe2MnGa1-xZx(Z=Cu,Ti,V,x=0-1)合金。XRD结果表明Fe2MnGa1-xCux合金形成面心立方结构,
【基金项目】
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河北省自然科学基金(E2018202097); 白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室2021年度开放课题;
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本文从实验和计算两方面研究了掺杂过渡族金属元素对Fe2MnGa合金晶体结构和磁性能的影响。通过取代Fe2MnGa合金中的主族元素或者过渡族元素,获得了一系列具有不同晶体结构和磁性的三元或四元合金,从而实现了对Fe2MnGa合金物理性能的调控。通过甩带快淬技术成功合成了一系列Fe2MnGa1-xZx(Z=Cu,Ti,V,x=0-1)合金。XRD结果表明Fe2MnGa1-xCux合金形成面心立方结构,当x≥0.6时,合金中出现富Cu第二相。Cu掺杂会明显削弱Fe2MnGa在室温下的铁磁性,增强合金的反铁磁性。计算结果表明L12型Fe2MnGa1-xCux(x=0,0.25,0.5)合金在铁磁(FM)状态下更稳定;而当x=0.75和1时,合金在反铁磁(AFM-Ⅰ)状态下更稳定,反铁磁态Fe2Mn Cu具有较高的自旋极化率。当0.1≤x≤0.3时,Fe2MnGa1-xTix合金形成BCC单相;当x≥0.4时,合金中出现六方第二相。BCC相Fe2MnGa1-xTix合金具有较高的饱和磁化强度(Ms);而六方相合金的Ms明显降低,且居里温度(Tc)低于100 K。XRD结果表明当0.125≤x≤0.75时,Fe2MnGa1-xVx合金维持BCC单相,随着V含量的增加,BCC相合金的Ms逐渐增强;而Fe2Mn V合金形成了一种新的四方σ相,Ms约1.54μB/f.u.,Tc约70 K。成功制备出Fe2MnGa1-xCrx(x=0-1)和Fe2Mn1-xCrxGa(x=0-0.5)合金,研究了Cr取代不同原子对Fe2MnGa合金的影响。XRD结果表明当x=0.125时,Fe2MnGa1-xCrx合金中出现少量的BCC相,随着Cr含量的增加,BCC相含量会迅速增多,合金的晶格常数逐渐降低。Cr取代Ga会明显增大合金的磁化强度和居里温度,Fe2Mn Cr合金的Ms高达5.54μB/f.u.;Fe2Mn1-xCrxGa(x=0-0.5)合金同样发生FCC相到BCC相的结构转变,而Cr取代Mn会明显降低合金的居里温度,但BCC相合金在5 K下的磁化曲线具有明显的铁磁性行为。计算结果表明L21型Fe2Cr Ga合金具有较高的自旋极化率。进一步研究了掺杂5d型元素Pt对Fe2MnGa合金的影响。通过电弧熔炼成功合成了Fe2-xPtxMnGa(x=0-0.35)样品,XRD结果表明合金的衍射峰主要是FCC相特征峰,当x≥0.25时,合金中出现富Pt第二相。Pt掺杂会明显影响合金的FM-AFM转变温度区间;M-H曲线表明当x=0.25时,合金在50 k Oe外磁场下的磁化强度达到最大,约2.85μB/f.u.。计算结果表明L12型Fe2-xPtxMnGa(x=0-1)合金在FM状态下的能量更低,铁磁态Fe Pt MnGa合金具有较高的自旋极化率。
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