[论文解读] 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 AlloysMaterials Science参考文献 23被引用 19

一句话总结

本研究证明，对Fe2CrGa合金进行球磨可诱导原子无序，显著提高其磁化强度至3.2–3.9 μB，并使其居里温度相比电弧熔炼样品提高约200 K。第一性原理计算与实验结果共同证实，磁相互作用驱动了具有Hg2CuTi结构的无序相的稳定化，这违背了传统的经验规则。

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.

研究动机与目标

• 研究机械球磨对Fe2CrGa Heusler合金磁性和结构性能的影响。
• 理解球磨Fe2CrGa相比传统电弧熔炼样品磁化强度和居里温度增强的根源。
• 确定原子无序是否能够稳定Fe2CrGa中的非化学计量、无序Hg2CuTi型结构，以及磁相互作用如何影响该构型。
• 通过证明磁相互作用可偏好无序构型，挑战Heusler合金稳定性的经验规则。

提出的方法

• 采用球磨在原子尺度上诱导Fe2CrGa合金的无序，改变其晶体结构和磁性性能。
• 利用X射线衍射和电子显微镜表征无序原子构型和结构变化。
• 进行第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，分析无序相中的电子结构和磁相互作用。
• 通过磁化测量（包括M-H磁滞回线和温度依赖磁化）量化增强的磁矩和居里温度。
• 对球磨样品与电弧熔炼样品进行对比分析，以分离无序对磁性行为的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 球磨如何影响Fe2CrGa Heusler合金的原子结构和磁性性能？
• RQ2 磁相互作用在稳定Fe2CrGa中无序Hg2CuTi型结构中起什么作用？
• RQ3 为何无序相的居里温度和磁矩均高于有序电弧熔炼相？
• RQ4 所观察到的性能增强在多大程度上违背了Heusler合金稳定性的经验规则？

主要发现

• 球磨后的Fe2CrGa表现出3.2–3.9 μB的磁矩，显著高于电弧熔炼样品。
• 与电弧熔炼参考样品相比，球磨Fe2CrGa的居里温度提高了约200 K。
• 第一性原理计算证实，强磁相互作用使无序Hg2CuTi型结构在能量上稳定。
• 所观察到的原子无序违背了Heusler合金形成的传统经验规则，表明在此体系中磁相互作用主导了结构的稳定化。