Mn2基铁磁形状记忆合金的开发和物性研究

最近由于磁场诱发马氏体相变和交换偏置在铁磁形状记忆合金中的实现，使其在驱动器，传感器，磁电子学和磁制冷等方面都非常有应用前景，但目前仅开发出Ni2MnX(X=Ga,Al,In,Sb,Sn)、CoNiX(X=Ga,Al)、Ni2FeGa和Mn2NiGa等四个系列九种材料。.本项目拟采用体系价电子浓度调控马氏体相变温度的理论开发一系列新的Mn2基铁磁形状记忆合金-Mn2NiX(X=Al,In,Sb,Sn)。通过实验和第一性原理计算研究Mn2NiX(X=Al,In,Sb,Sn)的相稳定性问题，揭示不同主族元素的价电子浓度对马氏体相变温度影响规律的微观机制。研究第四组元掺杂对磁场诱发马氏体相变、磁电阻、磁熵变、交换偏置等性能影响的物理机制。力争将Mn2基铁磁形状记忆合金开发成兼具多种应用功能的铁磁形状记忆合金。

铁磁形状记忆合金在驱动器，传感器，磁电子学和磁制冷等方面都非常有应用前景，但目前其种类贫乏。在国家自然科学基金的资助下，我们开展了Mn2基铁磁形状记忆合金的开发及物性研究工作。主要工作成果包括：（1）在NiMn合金中，我们利用体系价电子浓度调控马氏体相变温度这一机制，开发出了一系列新的Mn2 基铁磁形状记忆合金：Mn2NiX (X = Al , In, Sn)。在Mn50Ni40Sn10中完善地解释了铁磁形状记忆合金合金中交换偏置效应的物理机制。（2）在Mn2NiSn:Co体系中实现了对交换偏置场从0到3150 Oe的连续调控并打开了一个巨大的磁结构相变温度窗口（从115 K 到 500 K）。在Mn2NiGa:Co体系中，找到了为什么掺杂Co能够有效提高母相磁性而马氏体相磁性基本保持不变这一机理问题的答案。在Mn2NiAl:Co体系中实现了磁场诱发马氏体相变。（3）在Mn2NiX (X = Al , Sn) 体系中发现了体系价电子浓度调控马氏体相变温度的微观本质—杂化作用改变。至结题时，我们已经在上述几个方面取得了很好的进展，共发表SCI论文9篇，其中Applied Physics Letters 3篇，Physical Review B 1篇，授权国家发明专利2项。此外，还有2篇文章正在审稿中。我们的成果为Mn2基铁磁形状记忆合金的开发和相关物性研究提供了理论和实验依据。