[论文解读] 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 3

一句话总结

本文证明，CHUF（不等场下的冷却与加热）协议可实现磁性形状记忆合金中动力学冻结的磁性玻璃态的受控去冻结（再结晶），证实其行为符合磁性玻璃特性。关键结果是在特定磁场循环下观察到马氏体-奥氏体-马氏体的回转转变，证明了相共存的可调性，并验证了Ni-Mn-In与Ni-Mn-Sn体系中的磁性玻璃模型。

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.

研究动机与目标

• 研究磁性形状记忆合金中类玻璃冻结态（GLAS）的存在及其特性。
• 检验CHUF协议是否可诱导动力学冻结磁性相的去冻结（再结晶）。
• 确立磁性玻璃模型在不同材料（包括锰氧化物和磁性形状记忆合金）中的普适性。
• 通过冷却与加热磁场工程探索相分数的可调性。
• 为一阶磁性转变中理论预测的回转转变提供实验验证。

提出的方法

• 应用CHUF协议：在高磁场（H_C）下冷却，在较低磁场（H_W）下加热，且H_C ≠ H_W。
• 测量不同H_C与H_W下的磁化率随温度的变化，以检测相共存与回转转变。
• 采用磁场依赖的冷却方式控制马氏体转变完成的程度，从而调节亚稳态与稳定相的分数。
• 将CHUF结果与平衡行为进行比较，以识别动力学冻结与再结晶现象。
• 采用结构与谱学技术（如穆斯堡尔谱学）探测再结晶过程中的成核与生长行为。
• 分析磁场依赖的转变行为，以区分高温下的铁磁相与反铁磁相。

实验结果

研究问题

• RQ1 CHUF协议是否可在磁性形状记忆合金中诱导动力学冻结磁性玻璃态的去冻结？
• RQ2 磁场不等性方向（H_C - H_W）是否决定这些材料中回转转变的符号？
• RQ3 共存马氏体与奥氏体的相分数是否可通过冷却磁场H_C实现调控？
• RQ4 基于Ni-Mn-In与Ni-Mn-Sn的合金是否表现出与先前研究的锰氧化物相同的CHUF响应？
• RQ5 CHUF协议是否可区分一阶磁性转变中的亚稳态与稳定相？

主要发现

• 在Ni-Mn-In合金中，经高场冷却后，在0.05 T的低场下加热时，观察到动力学冻结的P+M共存态的去冻结。
• 当冷却场高于4 T时，在4 T的加热场下观察到从奥氏体到马氏体再到奥氏体的回转转变，证实了CHUF诱导的再结晶。
• 在3 T下冷却后，若在低于3 T的磁场下加热则发生再结晶，而在高于3 T的磁场下加热则未发生，表明去冻结具有磁场依赖性。
• CHUF协议成功调控了Ni-Mn-In与Ni-Mn-Sn基合金中相共存的分数，证实了相共存的磁场可调性。
• 仅在特定磁场不等性（H_C > H_W）条件下观察到回转转变，支持了一阶转变中磁性玻璃模型的合理性。
• 结果证实磁性形状记忆合金的行为与磁性玻璃概念一致，扩展了先前在锰氧化物与金属间化合物中的发现。