磁場誘導制備Bi-Mn合金的結構和磁各向異性研究.pdf

1、極端條件下物理問題的研究，是當代科學技術的前沿領域之一?，F代科學技術的不斷進步使人們有可能探索這些極端外界條件下物質的行為及其變化規(guī)律，研究物質在這些極端外界條件下發(fā)生的變化有可能發(fā)現各種各樣的物理、化學、生物現象和效應，在更深的層次上揭示新規(guī)律和機制，形成新概念，產生一系列重大的材料制備及物理特性新理論和新技術。探討強磁場對材料微觀結構和特性的影響機制是一個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變化顯著。因此，Bi-Mn合金是研究磁場對材料微觀結構和特性影響的理想體系之一，探討磁場對Bi-Mn合金物性的影響對于改善Bi-Mn合金的磁性能和基礎研究都是很有意義的。 本文系統研究了誘導磁場制備下Bi-Mn合金的結構和磁特性以及強磁場下它的磁相變行為。通過磁場誘導技術，在Bi-Mn合金中，成功實現了MnBi低溫相在Bi基體中的定向排列，通過磁特性的測量，研究了MnBi低溫相的自旋重取向行為。結果表明，

3、隨制備過程中外加誘導磁場的增大，其自旋重取向溫度略向高溫區(qū)移動；而隨測量過程中外加磁場的增大，自旋重取向溫度逐漸向低溫區(qū)移動；隨測量磁場的逐步增加，可能出現了二次自旋重取向現象；在高的外加測量磁場下，自旋重取向特征消失；根據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制，并系統分析了磁場對自旋重取向的影響。本文的主要內容包括： 一、在外加誘導磁場下，成功實現了MnBi低溫相在Bi基體中的定向排列。利用X射線衍射技術和金相顯

4、微技術表征了樣品的結構特征。結果表明，外加誘導磁場制備的Bi-Mn合金呈典型的雙相結構和各向異性特征，MnBi低溫相c軸沿外加誘導磁場方向定向排列。從金相結果分析和磁測量結果分析得到，隨著外加誘導磁場的增大，MnBi低溫相的定向程度越來越好，樣品磁各向異性越來越大。通過分析得到，MnBi低溫相在誘導磁場下定向排列是其內在磁晶各向異性的結果，而定向排列本身又增強了樣品的宏觀磁各向異性。同時，低溫磁測量表明，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，表現出正的溫度系數。飽和磁化強度隨溫度的降低而曾大，這一結果與布洛赫的自旋波理論相一致。 二、低溫磁測量表明，MnBi低溫相在低溫區(qū)存在自旋重取向行為。具體表現為，隨溫度的降低易磁化軸從c軸方向旋轉到近ab平面內，其物理機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。同時發(fā)現隨著誘導磁場的增大

6、，其自旋重取向溫度略向高溫移動。綜合分析表明，誘導磁場并沒有影響到MnBi低溫相的晶格和電子結構。誘導磁場對MnBi低溫相自旋重取向的影響，其本質是誘導磁場通過影響MnBi低溫相在Bi基體中取向程度而實現的。 三、測量磁場對MnBi低溫相自旋重取向有顯著影響。當測量磁場小于10000Oe時，隨著測量磁場的增加，自旋重取向溫度逐漸向低溫區(qū)移動，其峰形有向低溫區(qū)展寬的趨勢。當測量磁場達到15000Oe時，發(fā)現MnBi低溫相的自旋排列

7、在80K時，發(fā)生了自旋重新取向，從近c軸方向向ab平面內轉動；而降溫到40K時，發(fā)現MnBi的自旋排列可能發(fā)生了第二次重取向，又從近ab平面內向c軸方向轉動。當測量磁場達到25000Oe時，自旋重取向現象消失，而在大約40-60K溫度范圍出現了一平臺式響應，這反映了測量磁場與自旋重取向在此競爭達到平衡的結果。當測量磁場達到50000Oe時，測量磁場已經完全阻礙了MnBi的自旋重取向行為。最后，根據磁晶各向異性場理論，定性討論了測量磁場對