磁場(chǎng)誘導(dǎo)制備Bi-Mn合金的結(jié)構(gòu)和磁各向異性研究.pdf

1、極端條件下物理問(wèn)題的研究，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿領(lǐng)域之一?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步使人們有可能探索這些極端外界條件下物質(zhì)的行為及其變化規(guī)律，研究物質(zhì)在這些極端外界條件下發(fā)生的變化有可能發(fā)現(xiàn)各種各樣的物理、化學(xué)、生物現(xiàn)象和效應(yīng)，在更深的層次上揭示新規(guī)律和機(jī)制，形成新概念，產(chǎn)生一系列重大的材料制備及物理特性新理論和新技術(shù)。探討強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和特性的影響機(jī)制是一個(gè)很有意義的研究課題。Bi-Mn合金作為一種典型的二元合金體系，它的凝固組織、性

2、能隨工藝條件特別是隨磁場(chǎng)變化顯著。因此，Bi-Mn合金是研究磁場(chǎng)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和特性影響的理想體系之一，探討磁場(chǎng)對(duì)Bi-Mn合金物性的影響對(duì)于改善Bi-Mn合金的磁性能和基礎(chǔ)研究都是很有意義的。 本文系統(tǒng)研究了誘導(dǎo)磁場(chǎng)制備下Bi-Mn合金的結(jié)構(gòu)和磁特性以及強(qiáng)磁場(chǎng)下它的磁相變行為。通過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)技術(shù)，在Bi-Mn合金中，成功實(shí)現(xiàn)了MnBi低溫相在Bi基體中的定向排列，通過(guò)磁特性的測(cè)量，研究了MnBi低溫相的自旋重取向行為。結(jié)果表明，

3、隨制備過(guò)程中外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)的增大，其自旋重取向溫度略向高溫區(qū)移動(dòng)；而隨測(cè)量過(guò)程中外加磁場(chǎng)的增大，自旋重取向溫度逐漸向低溫區(qū)移動(dòng)；隨測(cè)量磁場(chǎng)的逐步增加，可能出現(xiàn)了二次自旋重取向現(xiàn)象；在高的外加測(cè)量磁場(chǎng)下，自旋重取向特征消失；根據(jù)磁晶各向異性的微觀理論定性解釋了自旋重取向的物理機(jī)制，并系統(tǒng)分析了磁場(chǎng)對(duì)自旋重取向的影響。本文的主要內(nèi)容包括： 一、在外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)下，成功實(shí)現(xiàn)了MnBi低溫相在Bi基體中的定向排列。利用X射線衍射技術(shù)和金相顯

4、微技術(shù)表征了樣品的結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)制備的Bi-Mn合金呈典型的雙相結(jié)構(gòu)和各向異性特征，MnBi低溫相c軸沿外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)方向定向排列。從金相結(jié)果分析和磁測(cè)量結(jié)果分析得到，隨著外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)的增大，MnBi低溫相的定向程度越來(lái)越好，樣品磁各向異性越來(lái)越大。通過(guò)分析得到，MnBi低溫相在誘導(dǎo)磁場(chǎng)下定向排列是其內(nèi)在磁晶各向異性的結(jié)果，而定向排列本身又增強(qiáng)了樣品的宏觀磁各向異性。同時(shí)，低溫磁測(cè)量表明，隨溫度降低，MnBi低溫相的單軸

5、各向異性降低，而平面各向異性增大。矯頑力隨溫度的升高而增大，表現(xiàn)出正的溫度系數(shù)。飽和磁化強(qiáng)度隨溫度的降低而曾大，這一結(jié)果與布洛赫的自旋波理論相一致。 二、低溫磁測(cè)量表明，MnBi低溫相在低溫區(qū)存在自旋重取向行為。具體表現(xiàn)為，隨溫度的降低易磁化軸從c軸方向旋轉(zhuǎn)到近ab平面內(nèi)，其物理機(jī)制可能是隨著溫度的降低，MnBi晶格中電子云的分布在晶格中發(fā)生了變化從而影響了自旋和軌道耦合作用，引起了磁晶各向異性的改變。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著誘導(dǎo)磁場(chǎng)的增大

6、，其自旋重取向溫度略向高溫移動(dòng)。綜合分析表明，誘導(dǎo)磁場(chǎng)并沒(méi)有影響到MnBi低溫相的晶格和電子結(jié)構(gòu)。誘導(dǎo)磁場(chǎng)對(duì)MnBi低溫相自旋重取向的影響，其本質(zhì)是誘導(dǎo)磁場(chǎng)通過(guò)影響MnBi低溫相在Bi基體中取向程度而實(shí)現(xiàn)的。 三、測(cè)量磁場(chǎng)對(duì)MnBi低溫相自旋重取向有顯著影響。當(dāng)測(cè)量磁場(chǎng)小于10000Oe時(shí)，隨著測(cè)量磁場(chǎng)的增加，自旋重取向溫度逐漸向低溫區(qū)移動(dòng)，其峰形有向低溫區(qū)展寬的趨勢(shì)。當(dāng)測(cè)量磁場(chǎng)達(dá)到15000Oe時(shí)，發(fā)現(xiàn)MnBi低溫相的自旋排列

7、在80K時(shí)，發(fā)生了自旋重新取向，從近c(diǎn)軸方向向ab平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；而降溫到40K時(shí)，發(fā)現(xiàn)MnBi的自旋排列可能發(fā)生了第二次重取向，又從近ab平面內(nèi)向c軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)測(cè)量磁場(chǎng)達(dá)到25000Oe時(shí)，自旋重取向現(xiàn)象消失，而在大約40-60K溫度范圍出現(xiàn)了一平臺(tái)式響應(yīng)，這反映了測(cè)量磁場(chǎng)與自旋重取向在此競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到平衡的結(jié)果。當(dāng)測(cè)量磁場(chǎng)達(dá)到50000Oe時(shí)，測(cè)量磁場(chǎng)已經(jīng)完全阻礙了MnBi的自旋重取向行為。最后，根據(jù)磁晶各向異性場(chǎng)理論，定性討論了測(cè)量磁場(chǎng)對(duì)