[論文レビュー] Disorder-induced significant enhancement in magnetization of ball-milled Fe2CrGa alloy

Hongguo Zhang, C. Z. Zhang+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2013

Magnetic Properties of Alloys参考文献 23被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、Fe2CrGa合金をボールミリングすることで原子的不規則性が誘発され、これが磁化を3.2–3.9 μBに著しく向上させるとともに、アーク融解した試料と比較してCurie温度が約200 K上昇することを示している。第一原理計算と実験により、磁気的相互作用が不規則なHg2CuTi型構造の安定化を駆動していることが確認され、従来の経験則に反するものである。

ABSTRACT

A new disordered atom configuration in Fe2CrGa alloy has been created by ball-milling method. This leads to a significant enhancement of the magnetic moment up to 3.2~3.9 μB and an increase of Curie temperature by about 200 K, compared with the arc-melt samples. Combination of first-principles calculations and experimental results reveals that Fe2CrGa alloy should crystallize in Hg2CuTi based structure with different atomic disorders for the samples prepared by different methods. It is addressed that magnetic interactions play a crucial role for the system to adopt such an atomic configuration which disobeys the empirical rule.

研究の動機と目的

• ボールミリングがFe2CrGaヒュースラー合金の磁気的および構造的特性に与える影響を調査すること。
• 従来のアーク融解試料と比較して、ボールミリング処理されたFe2CrGaにおける磁化およびCurie温度の向上の原因を解明すること。
• 原子的不規則性がFe2CrGaにおいて非化学 Stoichiometric で不規則なHg2CuTi型構造を安定化させうるかどうか、および磁気的相互作用がその構成に与える影響を特定すること。
• 磁気的相互作用が不規則な構成を好むことがあるという事実を示すことにより、ヒュースラー合金の安定性を規定する経験則に挑戦すること。

提案手法

• 原子スケールの不規則性を誘発するためにボールミリングが用いられ、結晶構造および磁気的性質が変化した。
• X線回折および電子顕微鏡を用いて、不規則な原子配置および構造的変化を特徴づけた。
• 第一原理的密度汎関数理論（DFT）計算を実施し、不規則相における電子構造および磁気的相互作用を分析した。
• 磁化測定（M-Hヒステリシスおよび温度依存磁化）を用いて、増強された磁気モーメントおよびCurie温度を定量した。
• ボールミリング処理試料とアーク融解試料の比較分析を実施し、磁気的挙動に及ぼす不規則性の影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ボールミリングはFe2CrGaヒュースラー合金の原子的構造および磁気的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ2 磁気的相互作用がFe2CrGaにおける不規則なHg2CuTi型構造の安定化に果たす役割は何か？
• RQ3 なぜ不規則相は秩序あるアーク融解相よりも高いCurie温度および大きな磁気モーメントを示すのか？
• RQ4 観察された向上効果は、ヒュースラー合金の安定性に関する経験則をどの程度逸脱しているのか？

主な発見

• ボールミリング処理されたFe2CrGaは、磁気モーメントが3.2–3.9 μBに達し、アーク融解試料と比較して顕著に高い値を示す。
• ボールミリング処理されたFe2CrGaのCurie温度は、アーク融解基準試料と比較して約200 K上昇している。
• 第一原理的計算により、不規則なHg2CuTi型構造が強い磁気的相互作用によってエネルギー的に安定化されていることが確認された。
• 観察された原子的不規則性は、ヒュースラー合金形成に関する従来の経験則に反しており、この系では磁気的相互作用が構造的安定化を支配していることが示唆された。