Μαγνητοκρυσταλλικές μεταβάσεις και μαγνητοθερμικό φαινόμενο σε μη στοιχειομετρικά μεταμαγνητικά κράματα Heusler
Authors: Αναστασάκος-Παρασκευόπουλος Δημήτριος 
Published: March 2024

Παρασκευάστηκαν με τήξη βολταϊκού τόξου (arc-melting) και μελετήθηκαν τα κράματα Heusler στις γενικές στοιχειομετρίες Ni50-xCoxMn38-y¬(Cr/Cu)ySn12 και Ni50-xCoxMn39-y¬(Cr/Cu)ySn11 (x = 0,5 και y = 0,1,2,3). Η διαλυτότητα και στις δυο σειρές κραμάτων φάνηκε να είναι εξαιρετικά χαμηλή κυρίως όσο αφορά το Cr, ενώ η ταυτόχρονη προσθήκη Co μείωνε τα όρια ακόμα περισσότερο. Προσπάθεια έγινε να κατανοηθούν οι μηχανισμοί δημιουργίας 2ης φάσης, με την βοήθεια των εμπειρικών κανόνων Hume-Rothery. Η προσπάθεια, που περιελάμβανε παρασκευή διαφορών βοηθητικών δειγμάτων οδήγησε την συζήτηση στην διερεύνηση των κομβικών κριτηρίων κατά την μελέτη των στερεών διαλυμάτων.Οι δυο αυτές σειρές κραμάτων παρουσίασαν μαρτενσιτικό μετασχηματισμό (Tm) κοντά στην θερμοκρασία δωματίου (250Κ – 400Κ). Για τα δείγματα που έχουν Tm πάνω από την θερμοκρασία δωματίου (RT) αποτέλεσε πρόκληση η σταθεροποίηση του μαρτενσίτη με την μέθοδο τήξης τόξου καθώς εντοπίστηκε υπολειμματικός ωστενίτης κάτω από την Tm. Tα κράματα χωρίς Co παρουσίασαν σιδηρομαγνητική συμπεριφορά στην μαρτενσιτική περιοχή και κοντά στο απόλυτο μηδέν, με το σημείο Curie του μαρτενσίτη (TM¬C) να είναι κοντά στους 250Κ. Πάνω από αυτήν την θερμοκρασία και μέχρι το Tm, ο μαρτενσίτης δεν παρουσίασε αλληλεπιδράσεις μεγάλης εμβέλειας, έχοντας παραμαγνητική συμπεριφορά. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι το κράμα είναι ανομοιογενές μαγνητικά και συνυπάρχουν σιδηρομαγνητικε΄ς και αντισιδηρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Με τον μετασχηματισμό του πλέγματος σε ωστενίτη η μαγνήτιση αυξάνει απότομα και στην συνέχεια μειώνεται με τρόπο χαρακτηριστικό μιας μετάβασης 2ης τάξης που είναι το σημείο Curie του ωστενίτη (TAC). Τα κράματα με Co είχαν σιδηρομαγνητική συμπεριφορά στις χαμηλές θερμοκρασίες, με το TΜC να εντοπίζεται στους 150-170Κ. Πάνω από τους 250Κ λαμβάνει χώρα η μαγνητοκρυσταλλική μετάβαση Tm, όπου η μαγνήτιση ενισχύεται σημαντικά στην δομή του ωστενίτη. Το TAC εντοπίζεται πάνω από την RT και κοντά στις θερμοκρασίες που εντοπίστηκε και στα χωρίς Co κράματα. Στις δυο σειρές παρατηρείται το ίδιο σχετικά μοτίβο μεταβάσεων και στα δείγματα με αλλά και σε αυτά χωρίς Co, με τα πρώτα να είναι σαφώς πιο μαγνητικά λόγω του Co. Τέλος με την αντικατάσταση του Mn από Cr/Cu, στα δείγματα με Co, παρατηρείται ότι οι θερμοκρασίες των δυο μεταβάσεων (Tm – TAC) πλησιάζουν μεταξύ τους και αυτό έχει πολύ ενδιαφέρον για την μεγιστοποίηση του MCE. Από τις δυο σειρές που παρήχθησαν η 38-12 ήταν περισσότερο μαγνητική. Οι προσθήκες Cr/Cu μετατοπίζουν την Tm 5 με 15Κ δίνοντας την δυνατότητα ρύθμισης του θερμοκρασιακού παραθύρου έκφρασης αυτής, συνθήκη πολύ σημαντική για πρακτικές εφαρμογές. Η μαγνήτιση εξασθενεί με την προσθήκη Cr/Cu στα κράματα χωρίς Co ενώ σε αυτά με Co φαίνεται να ενισχύεται. Το πιο μαγνητικό κράμα από τα μη περιέχοντα Co είναι το βασικό χωρίς προσθήκες 38-12. Η δομή του μαρτενσίτη είναι η 4Ο με ομάδα χώρου πλέγματος (space group) Pmma και αντίστοιχα η δομή του ωστενίτη είναι L21 με space group F-43m. Από την κρυσταλλογραφική ανάλυση διαπιστώθηκε αρχικά η παρουσία τάσεων και παραμορφώσεων στο πλέγμα τόσο λόγω συνύπαρξης κρυσταλλικών φάσεων, που λειτουργούν ανταγωνιστικά μεταξύ τους, όσο και λόγω των μηχανικών τάσεων που οφείλονται στην λειοτρίβηση. Διαπιστώθηκε, στα χωρίς Co κράματα, άμεση σχέση μεταξύ του όγκου τις μοναδιαίας κυψελίδας και της θερμοκρασίας Tm αλλά και της έντασης της μαγνήτισης του ωστενίτη.