[論文レビュー] CHUF and `unfreezing' (or de-arrest) of kinetic arrest in magnetic shape memory alloys

P. Chaddah, A. Banerjee|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2012

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CHUF（冷却時と加熱時に磁場が不均一な）プロトコルが、磁性形状記憶合金における力学的・凍結した磁性ガラス状態の制御された脱凍結（脱クリスタル化）を可能にすることを示している。これは、それらの状態が磁性ガラスとして振る舞うことを確認するものである。主な結果として、特定の磁場サイクル条件下で再entrantマルテンサイト→オーステナイト→マルテンサイト転移が観察されたことにより、相の共存が調整可能であることが実証され、Ni-Mn-InおよびNi-Mn-Sn系における磁性ガラスモデルの妥当性が裏付けられた。

ABSTRACT

CHUF (cooling and heating in unequal field) protocol allows establishing phase coexistence through macroscopic measurements and enables distinguishing the metastable and stable phases (amongst the coexisting phase fractions across a first order magnetic transition) of a glass-like arrested state (GLAS). The observation of kinetic arrest in magnetic shape memory alloys has become a very active area of research. We highlight recent CHUF measurements on these materials that show behaviour similar to that reported earlier in manganites and other intermetallic alloys, emphasizing the generality. The martensitic transition provides an opportunity to study various properties as the CHUF protocol enables tuning of phase fractions, and controlled devitrification, of GLAS.

研究の動機と目的

• 磁性形状記憶合金に存在するガラス様凍結状態（GLAS）の存在とその性質を調査すること。
• CHUFプロトコルが、力学的凍結した磁性相の脱凍結（脱クリスタル化）を誘発できるかどうかを検証すること。
• マンガン酸化物および磁性形状記憶合金を含むさまざまな材料において、磁性ガラスモデルの普遍性を確立すること。
• 冷却・加熱時の磁場工学を用いて、相分率の調整可能性を調査すること。
• 一次磁性転移における再entrant転移に関する理論予測の実験的検証を提供すること。

提案手法

• CHUFプロトコルの適用：高磁場（H_C）で冷却し、低磁場（H_W）で加熱する（H_C ≠ H_W）。
• H_CおよびH_Wを変化させた条件下で、磁化-温度曲線を測定し、相の共存および再entrant転移を検出する。
• 磁場依存冷却を用いてマルテンサイト転移の進行度合いを制御し、不安定相および安定相の割合を調整する。
• 平衡状態の挙動と比較することで、力学的凍結および脱凍結を同定する。
• 核生成および成長過程を調査するため、構造的・分光的技術（例：モイッサウール分光法）を用いる。
• 磁場依存の転移挙動の分析により、高温相における強磁性と反強磁性の区別を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CHUFプロトコルは、磁性形状記憶合金における力学的凍結した磁性ガラス状態の脱凍結を誘発できるか？
• RQ2 磁場の不均衡の方向（H_C - H_W）が、これらの材料における再entrant転移の符号を決定づけるか？
• RQ3 共存するマルテンサイトとオーステナイトの相分率は、冷却磁場H_Cによって調整可能か？
• RQ4 Ni-Mn-InおよびNi-Mn-Sn系合金は、以前に研究済みのマンガン酸化物と同一のCHUF応答を示すか？
• RQ5 CHUFプロトコルは、一次磁性転移における不安定相と安定相を区別できるか？

主な発見

• Ni-Mn-In合金では、高磁場で冷却した後、0.05 Tの低磁場で加熱することで、P+M共存状態の脱凍結が観察された。
• 4 T以上の冷却磁場条件下で、4 Tの磁場で加熱すると、オーステナイトからマルテンサイトへ、再びオーステナイトへと戻る再entrant転移が観察され、CHUF誘発の脱凍結が確認された。
• 3 Tで冷却した場合、3 T未満の磁場で加熱すると脱凍結が発生したが、3 T以上の磁場で加熱した場合は発生しなかった。これは、磁場依存の脱凍結を示している。
• CHUFプロトコルは、Ni-Mn-InおよびNi-Mn-Sn系合金の両方において、共存相の割合を効果的に調整でき、相の共存の磁場による調整可能性を確認した。
• 特定の磁場不均衡（H_C > H_W）でのみ再entrant転移が観察されたことから、一次磁性転移における磁性ガラスモデルの妥当性が支持された。
• 本結果は、磁性形状記憶合金が磁性ガラス概念と整合する挙動を示すことを確認し、以前のマンガン酸化物およびインタメタリックスにおける知見を拡張した。