镨基立方Laves相合金低温磁性和磁致伸缩性能研究

【摘要】根据Stevens等价操作算符方法预测,轻稀土立方Laves相PrFe2和CeFe2合金在0K下的磁致伸缩值可分别高达5600ppm和6000ppm。然而,由于Ce离子的4f电子存在价态的变化,所以实验上仅观测到60ppm的室温磁致伸缩值。因此具有高的低温磁致伸缩预测效应以及较低的成本的PrFe2合金应当引起我们的关注。另外,根据单离子模型理论,由单一稀土与铁所形成的立方Laves相RFe2合金在在低温下具有很大的磁晶各向异性,需要高的外加磁场才能获得大的磁致伸缩系数。因此,有必要探索通过过渡金属(例如A1或Co等)替代RFe2合金中的Fe,或者以其它稀土金属替代稀土金属Pr,以获得具有低温下低的磁晶各向异性,同时还能保留较高的磁致伸缩值的低温磁致伸缩材料。本论文研究了轻稀土立方Laves相PrFe1.9合金的低温特性以及以过渡金属Al、Co和稀土金属Dy替代对PrFe1.9合金的磁性能、磁致伸缩性能以及易磁化方向(EMD)的影响,主要包括以下三个方面的内容：1.PrFe1.9和TbFe2合金的低温磁致伸缩性能的研究第一部分运用XRD精度扫描,研究了PrFe1.9和TbFe2多晶的内禀磁致伸缩λ111以及易磁化方向(EMD)随温度的变化的特性。XRD精度扫描结果表明,PrFe1.9的λ111值在70K下可高达6700ppm。随着温度的降低,PrFe1.9合金的易磁化方向从[111]方向转变到了[100]方向,而TbFe2易磁化方向始终保持[111]方向。对于TbFe2,λ11由300K的2250ppm缓慢增加至15K下的4040ppm,而对于PrFel1.9,λ111从300K下的1265ppm迅速增加至70K下的6700ppm。第二部分基于单离子模型理论,研究了PrFe1.9和TbFe2合金的λ111随温度的变化特性,并估算出两种合金在0K下λ111的理论值。理论结果表明,两种合金的λ111的变温特性都很好的符合了单离子模型理论。TbFe2在0K下的λ111的值为4200ppm,这与Clark等人所报道的单晶结果比较吻合。而PrFe1.9在0K下的λ111值为8000ppm,这远大于Stevens’等价操作算符方法的预测值(5600ppm)。PrFe1.9合金中的稀土子晶格磁矩研mPr随着温度的降低而迅速增加,这使得PrFe19的λ111随着温度的增加而迅速增加,并导致了合金在OK下的λ111高达8000ppm。TbFe2合金的稀土子晶格的磁矩mTh随着温度的降低而缓慢增加,这使得TbFe2的λ111随着温度的增加而缓慢增加。2.A1、Co替代对PrFe1.9合金低温磁性能以及磁致伸缩性能的影响研究了Al和Co替代Fe对PrFe1.9合金的易磁化方向、磁性能和磁致伸缩性能的影响。结果表明,Al的替代会降低合金的居里温度Tc以及内禀磁致伸缩值λ111。然而,少量的Al的替代却能提高5K下低场的磁致伸缩值,并降低5K下合金的磁晶各向异性。Pr(Al0.02Fe0.98)1.9合金在从室温冷却到低温过程中在40K到125K之间发生了易磁化方向从[111]到[100]的转变。Co替代降低了合金的居里温度Tc,减小了晶格常数,并可能会降低合金的自旋再取向温度Tsr。Pr(Co0.2Fe0.8)1.9合金在300K下具有最低的磁晶各向异性,同时具有大的低场磁致伸缩值。少量的Co替代(x=0.2,0.4)能减少合金在5K下的的磁晶各向异性,同时增加合金在低场下的磁致伸缩值。3.Dy替代Pr对PrFe1.9合金的磁性能和磁致伸缩性能的影响研究了稀土金属Dy替代Pr对PrFe1.9合金的磁性能和磁致伸缩性能的影响。结果表明,Dy的替代会降低合金在5K下的饱和磁致伸缩,但在10K到50K之间以及5kOe的磁场下,Dy的替代会增力PrFe1.9合金的磁致伸缩值。这大大提高了合金在低温下的应用价值。对于少Dy含量的合金(0.0≤x≤0.2),γ‖在某个温度点出现峰值,这可能是由于合金的易磁化方向在降温的过程中发生了转变所致。而对于富Dy含量的合金(0.4≤x≤1.0),γ‖-T曲线出现了与DyFe2单晶λ100-T曲线类似的异常现象。Dy含量x=0.6的合金在250K到300K之间具有最小的γ‖值,这可能是由于合金中Dy3+和Pr3+离子出现的磁矩补偿所致。
【作者】唐妍梅；
【导师】唐少龙；
【作者基本信息】南京大学，凝聚态，2014，博士
【关键词】镨基立方Laves相；低温磁致伸缩；低温磁性能；易磁化方向；单粒子模型理论；

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