Ближний порядок и его устойчивость в магнитомягком железогаллиевом сплаве

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Атомная структура монокристаллических образцов магнитомягких сплавов Fe – 9 ат.% Ga (область A2-фазы), подвергнутых термомагнитной обработке (ТМО), исследована методом рентгеновской дифракции. В процессе ТМО образцы отжигались в ферромагнитном состоянии при температуре 450 °C и медленно охлаждали до комнатной температуры во внешнем насыщающем магнитном поле. В сплавах, подвергнутых ТМО так же, как и термической обработке (ТО) в отсутствие магнитного поля, обнаружены кластеры B2-типа, представляющие собой пары ОЦК-ячеек, центрированные атомами Ga. Показано, что ТМО или ТО практически не влияют на размер и объемную долю B2-кластеров в исследованном сплаве. Обсуждается механизм образования и стабильности B2-кластеров и их роль в формировании наведенной магнитной анизотропии в Fe–Ga-сплавах.

全文:

受限制的访问

作者简介

Ю. Черненков

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, НИЦ “Курчатовский институт”

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, мкр. Орлова роща, 1, Гатчина, Ленинградская область, 188300

О. Смирнов

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, НИЦ “Курчатовский институт”

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, мкр. Орлова роща, 1, Гатчина, Ленинградская область, 188300

В. Лукшина

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. Тимофеева

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

М. Петрик

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. Кузнецов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Н. Ершов

Институт физики металлов УрО РАН

编辑信件的主要联系方式.
Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Ю. Горностырев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Д. Шишкин

Институт физики металлов УрО РАН; Уральский федеральный университет

Email: nershov@imp.uran.ru
俄罗斯联邦, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

参考

  1. Clark A.E., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Lograsso T.A., Schlagel D.L. Magnetostrictive properties of body-centered cubic Fe–Ga and Fe–Ga–Al alloys // IEEE Trans. Magn. 2000. V. 36. № 5. P. 3238–3240.
  2. Summers E.M., Lograsso T.A., Wun-Fogle M. Magnetostriction of binary and ternary Fe–Ga alloys // J. Mat. Sci. 2007. V. 42. № . P. 9582–9594.
  3. Cullen J.R., Clark A.E., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A. Magnetoelasticity of Fe–Ga and Fe–Al alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2001. V. 226–230. Part 1. P. 948–949.
  4. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Hathaway K.B., Clark A.E., Lograsso T.A., Petculescu G. Tetragonal magnetostriction and– magnetoelastic coupling in Fe–Al, Fe–Ga, Fe–Ge, Fe–Si, Fe–Ga–Al and Fe–Ga–Ge alloys // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 023905 (1–12).
  5. Головин И.С., Палачева В.В., Мохамед А.К., Балагуров А.М., Cтруктура и свойства Fe–Ga-сплавов – перспективных материалов для электроники // ФММ. 2020. Т. 121. С. 937–980.
  6. Atulasimha J., Flatau A.B. A review of magnetostrictive iron–gallium alloys // Smart Mater. Struct. 2011. V. 20. № 4. P. 043001 (1–15).
  7. Clark A.E., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Dennis K.W., Lograsso T.A., McCallum R.W. Temperature dependence of the magnetic anisotropy and magnetostriction of Fe100–xGax (x = 8.6, 16.6, 28.5) // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. № 10. P. 10M316.
  8. Clark A.E., Yoo J.-H., Cullen J.R., Wun-Fogle M., Petculescu G., Flatau A. Stress dependent magnetostriction in highly magnetostrictive Fe100–xGax, 20 < x < 30 // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. № 7. P. 07A913.
  9. Zhang M.C., Jiang H.L., Gao X.X., Zhu J., Zhou S.Z. Magnetostriction and microstructure of the melt-spun Fe83Ga17 alloy // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. № 2. P. 023903 (1–3).
  10. Pascarelli S., Ruffoni M.P., Turtelli R.S., Kubel F., Grössinger R. Local structure in magnetostrictive melt-spun Fe80Ga20 alloys // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. P. 184406 (1–8).
  11. Petculescu G., Wu R., McQueeney R.J. Magnetoelasticity of bcc Fe–Ga Alloys // Handb. Magn. Mater. 2012. V. 20. P. 123–226.
  12. Wang H., Zhang Y.N., Wu R.Q., Sun L.Z., Xu D.S., Zhang Z.D. Understanding strong magnetostriction in Fe100-xGax alloys // Sci. Rep. 2013. V. 3. № 1. P. 3521 (1–5).
  13. Mohamed A.K., Cheverikin V.V., Medvedeva S.V., Bobrikov I.A., Balagurov A.M., Golovin I.S. First- and second-order phase transitions in Fe– (17–19) at.% Ga alloys // Mater. Lett. 2020. V. 279. P. 128508 (1–4).
  14. Viehland D., Li J.F., Lograsso T., Wuttig M. Structural studies of Fe0.81Ga0.19 by reciprocal space mapping // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. № 17. P. 3185–3187.
  15. Lograsso T.A., Summers E.M. Detection and quantification of D03 chemical order in Fe–Ga alloys using high resolution X-ray diffraction // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 416. № 1–2. P. 240–245.
  16. Gaudet J.M., Hatchard T.D., Farrell S.P., Dunlap R.A. Properties of Fe–Ga based powders prepared by mechanical alloying // J. Magn. Magn. Mater. 2008. V. 320. № 6. P. 821–829.
  17. Cao H., Gehring P.M., Devreugd C.P., Rodriguez-Rivera J.A., Li J., Viehland D. Role of Nanoscale Precipitates on the Enhanced Magnetostriction of Heat-Treated Galfenol (Fe1-xGax) Alloys // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. P. 127201 (1–4).
  18. Du Y., Huang M., Chang S., Schlagel D.L., Lograsso T.A., McQueeney R.J. Relation between Ga ordering and magnetostriction of Fe-Ga alloys studied by x-ray diffuse scattering // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. № 5. P. 054432 (1–9).
  19. Du Y., Huang M., Lograsso T.A., McQueeney R.J. X-ray diffuse scattering measurements of chemical short-range order and lattice strains in a highly magnetostrictive Fe0.813Ga0.187 alloy in an applied magnetic field // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. № 21. P. 214437 (1–6).
  20. Ke Y., Jianga C., Tao J., Duan H. Local inhomogeneous structural origin of giant magnetostriction in Fe-Ga alloys // J. Alloys Compd. 2017. V. 725. № 1–2. P. 14–22.
  21. Rahman N., Li M., Ma T., Yan M. Microstructural origin of the magnetostriction deterioration in slowly cooled Fe81Ga19 // J. Alloys Compd. 2019. V. 786. P. 300–305.
  22. Kubaschewski O. Phase Diagrams of Binary Fe-based Systems. Springer-Verlag, Berlin. 1982. 185 p.
  23. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Лукшина В.А., Смирнов О.П., Шишкин Д.А. Рентгеноструктурный анализ ближнего порядка в твердых растворах железо-галлий // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1054–1062.
  24. Wu R.Q. Origin of large magnetostriction in FeGa alloys // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 10. P. 7358–7360.
  25. Zhang Y.N., Cao J.X., Wu R.Q. Rigid band model for prediction of magnetostriction of iron-gallium alloys // Appl. Phys. Letters. 2010. V. 96. P. 062508.
  26. Zhang Y., Wu R. Mechanism of Large Magneto-striction of Galfenol // IEEE Trans Magn. 2011. V. 47. P. 4044–4049.
  27. Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Ближний порядок в монокристаллах α-Fe–Si // ФММ. 2001. Т. 92. № 2. С. 95–100.
  28. Chernenkov Yu.P., Fedorov V.I., Lukshina V.A., Sokolov B.K., Ershov N.V. Short-range order in α-Fe–Si single crystals // J. Magn. Magn. Mater. 2003. V. 254–255. P. 346–348.
  29. Ershov N.V., Chernenkov Yu.P., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. The structural origin of induced magnetic anisotropy in α‒Fe1-xSix (x = 0.05 ‒ 0.08) alloys // Physica B. 2006. V. 372. № 1–2. P. 152–155.
  30. Горбатов О.И., Кузнецов А.Р., Горностырев Ю.Н., Рубан А.В., Ершов Н.В., Лукшина В.А., Черненков Ю.П., Федоров В.И. Роль магнетизма в формировании ближнего порядка в сплавах железо-кремний // ЖЭТФ. 2011. Т. 139. № 5. С. 969–982.
  31. Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Федоров В.И. Структура сплавов alpha-FeSi с 8 и 10 аt.% кремния // ФТТ. 2012. Т. 54. № 9. С. 1813–1819.
  32. Chernenkov Yu.P., Ershov N.V., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. An X-ray diffraction study of the short-range ordering in the soft-magnetic Fe–Si alloys with induced magnetic anisotropy // Physica B. 2007. V. 396. № 1–2. P. 220–230.
  33. Лукшина В.А., Шишкин Д.А., Кузнецов А.Р., Ершов H.В., Горностырев Ю.Н. Влияние отжига в постоянном магнитном поле на магнитные свойства сплавов железо–галлий // ФТТ. 2020. Т. 62. № 10. С. 1578–1586.
  34. Лесник А.Г. Наведенная магнитная анизотропия. Киев: Наукова думка, 1976. 163 с.
  35. Sugihara M. On the effect of heat treatment in a magnetic field on magnetic properties of iron-aluminium alloys // J. Phys. Soc. Jpn. 1969. V. 15. P. 1456–1460.
  36. Forsch K. Diffusionsanisotropie in Eisen-Siliziuin-Legierungen // Phys. Stat. Sol. 1970. V. 42. P. 329‒344.
  37. Лукшина В.А., Тимофеева А.В., Шишкин Д.А., Горностырев Ю.Н., Ершов Н.В. Влияние термомагнитной обработки на магнитные свойства магнитомягких сплавов железо–германий // ФММ. 2023. Т. 124. 12 с.
  38. Neél L. Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d’orientation // J. Phys-Paris. 1954. V. 15. № 4. P. 225–239.
  39. Taniguchi S., Yamamoto M. A note on a theory of the uniaxial ferromagnetic anisotropy induced by cold work or by magnetic annealing in cubic solid solutions // Sci. Rep. Res. Tohoku A. 1954. V. 6. P. 330–332.
  40. Сериков В.В., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Ершов Н.В. Ближний порядок в сплавах Fe1-xSix (x = 0.05–0.08) с наведенной магнитной анизотропией // ФТТ. 2010. Т. 52, № 2. С. 316–322.
  41. Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Рентгеновское диффузное рассеяние от монокристаллов α-Fe и α-Fe1-xSix // ФММ. 2005. Т. 100. № 3. С. 39‒47.
  42. Cullity B.D., Stock S.R. Elements of X-Ray Diffraction. N.Y. Prentice-Hall Inc., 2001. 531 p.
  43. Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Смирнов О.П. Ближний порядок в магнитомягком сплаве альфа-FeAl // ФТТ. 2018. Т. 60, № 9. P. 1619–1631.
  44. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Влияние отжига в ферромагнитном состоянии на структуру сплава железа с 18 at.% галлия // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 12–21.
  45. Warren В.Е. X‒ray diffraction. New York. Addison‒Wesley, 1969. 563 p.
  46. Patterson A.L. The Scherrer Formula for X-Ray Particle Size Determination // Phys. Rev. B. 1939. V. 56. № 10. P. 978‒981.
  47. Zarestky J.L., Garlea V.O., Lograsso T.A., Schlagel D.L., Stassis C. Compositional variation of the phonon dispersion curves of bcc Fe–Ga alloys // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 180408(R).
  48. Петрик М.В., Горбатов О.И., Горностырев Ю.Н. Роль магнетизма в формировании ближнего порядка в сплаве Fe–Ga // Письма ЖЭТФ. 2013. Т. 98. № 12. С. 912–915.
  49. Blöchl P.E. Projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. P. 17953–17979.
  50. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11169–11186.
  51. Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758–1775.
  52. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865–3868.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Diffraction patterns measured with θ-2θ scanning of the reciprocal space along the [001] axis for α-Fe and Fe–Ga alloy samples subjected to different heat treatments. The experimental error is approximately equal to the symbol size. The dotted line shows the background calculated for the α-Fe sample diffraction pattern. The dashed lines (slightly omitted for clarity) show the result of the least squares decomposition of the diffraction pattern of the alloy sample annealed without a field. The vertical lines show the calculated positions of the (001) and (003) superstructural reflections.

下载 (142KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Diffraction patterns measured with θ-2θ reciprocal space scanning along the [111] axis for α-Fe and Fe–Ga alloy samples subjected to different heat treatments. The curve notations are the same as in Fig. 1. The dashed (TDS contribution) and solid (B2 contribution) lines show the result of the least squares decomposition of the diffraction pattern of the annealed alloy sample. The dotted and dashed vertical lines show the calculated positions of the superstructural reflections (0.5 0.5 0.5), (111), and (1.5 1.5 1.5) and the TDS maxima, respectively.

下载 (149KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Diffraction patterns measured with θ-2θ reciprocal space scanning along the [110] axis of Fe–Ga alloy samples subjected to different heat treatments and α-Fe. Curve designations are the same as in Fig. 1.

下载 (106KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Rearrangement of the short-range order in the arrangement of Ga atoms B2 (2;11) → D03 (3;11) with the participation of a vacancy (Va).

下载 (104KB)
索引源数据