بخشی از مقاله
چکیده
ساختار تتراگونال D022 ترکیب Mn3Ga با گروه فضایی I4/mmm به عنوان ساختار اصلی نقش مؤثری در بروز ویژگیهای مغناطیسی در نمونههای ساخته شده به روش ذوب قوسی، مورد توجه قرار گرفت. با پخت نمونه در دمای 400℃ فاز تتراگونال با ساختار D022 حاصل شد. در دمای 375℃ ساختار مکعبی Mn3Ga در کنار فاز تتراگونال با ساختار D022 سبب لایهای شدن نمونه شدهاست. در دمای 425℃ ساختارهای تتراگونال Mn1.86Ga و Mn با گروه فضایی I4/mmm مشاهده شد که در نتیجه ترکیبی با ظاهری یک دست در نمونه ایجاد شد.
به نظر میرسد با افزایش دمای پخت، تمایل به واپیچش تتراگونالی ساختار در این نمونهها افزایش مییابد و فازهای Mn1.86Ga و Mn در نتیجه خروج برخی از اتمهای منگنز از جایگاههای خود شکل میگیرد. کاهش وادارنگی با کاهش دمای پخت برای نمونهها مشاهده شد. ساختارهای تتراگونال اضافی Mn1.86Ga و Mn در نمونهی پخت شده در دمای 425℃ سبب افزایش مغناطش اشباع آن شده است در حالی که در نمونهی پخت شده در دمای 375℃ افزایش مغناطش ناشی از ویژگی فرومغناطیس فاز مکعبی آن میتواند باشد. ویژگی سختی مغناطیسی در نمونهی 425℃ به طور محسوسی بارزتر است در حالی که برای کاربردهای با مغناطش پایین نمونهی 400℃ پیشنهاد میشود.
مقدمه
از نظر تئوری ترکیب Mn3Ga ساختار مکعبی L21 دارد که مطالعات ساختار نواری حاکی از نیمفلز بودن آن است اما هیچ گزارش تجربی برای تأیید آن وجود ندارد.[1] تا کنون ساختارهای مکعبی[2]، شش- گوشی [3] - D019 - ، چهارگوشی [4] - L10 - و چهارگوشی [5-4] - D022 - برای ترکیب Mn3Ga گزارش شدهاست. از طرفی وادارندگی بالا و دمای کوری بالاتر از دمای اتاق دو ویژگی مورد توجه ساختارهای تتراگونال و هگزاگونال آن است.[6] ساختار تتراگونال D022 ترکیب Mn3Ga دو زیر شبکهی متفاوت مغناطیسی در ساختار بلوری خود دارد، که منجر به مشاهده رفتار فریمغناطیس و ناهمسانگردی بالا در این ترکیب شدهاست.[5]
ناهمسانگردی بالا، مغناطش کم و قطبش پذیری بالا در فری-مغناطیسهای Mn3Ga برای توسعهی نیمفلزهای فریمغناطیس خنثی برای سیستمهای اسپینترونیک مورد توجه است و میتواند راه را برای ساخت حافظههای مغناطیسی که قابل رقابت با حافظه- های فلش هستند، باز کند.[7] به علاوه دو ویژگی ناهمسانگردی مغناطیسی و دمای کوری بالاتر از دمای اتاق سبب شده است تا ساختارهای تتراگونال Mn-Ga از پتانسیل بالایی برای کاربرد در صنعت آهنرباهای دائمی برخوردار باشند.[9- 8] در این پژوهش ساختارهای تتراگونال ترکیب Mn3Ga به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد فیزیکی و مغناطیسیای که دارد مورد بررسی قرار میگیرد. دادههای XRD استفاده شد. برای بررسی ویژگیهای مغناطیسی نمونهها از دستگاه SQUID استفاده شد. حلقه پسماند مغناطیسی نمونهها در دمای300 K اندازه گیری شد.
نتایج و بحث
الگوی پراش پرتو X برای نمونههای تمام هویسلر Mn3Ga بازپخت شده در دماهای 425، 400 و 375 درجه سانتیگراد در شکل - 1 - نشان داده شدهاست. اگرچه قلههای اصلی در پراش پرتو X در نمونههای بازپختی به خوبی بر یکدیگر منطبق هستند و ساختار تتراگونال D022 را برای نمونهها نشان میدهد. در نمونه-های پخت شده در دمای 425 دو قله اضافی در زوایای 42 و 44 درجه و در نمونهی پخت شده در دمای 375 یک قله اضافی در زاویهی 47 درجه مشاهده میشود.
پیش از این گذار ساختار تتراگونال این ترکیب در بازه دمایی 400-450 C گزارش شده است.[10] ساختار بلوری نمونههای Mn3Ga به روش پراش پرتوی X با امواج تحریک شده Cu و در دمای اتاق بررسی شد. همچنین از نرم افزار ریتولد - Rietveld refinement - برای تحلیل نمونهی باز پخت شده در دمای 400 C تک فاز به دست آمد و در هر سه نمونه ساختار تتراگونال D022 ترکیب Mn3Ga و گروه فضایی I4/mmm مشاهده شد که منطبق بر نتایج تجربی پیشین است5-4]و.[10 همانطور که در جدول - 1 - مشخص است،
پارامتر a در ترکیبهای تتراگونال Mn3Ga ثابت میماند در حالی که تغییر دمای بازپخت تنها پارامتر c آن را به میزان ناچیزی تغییر میدهد. بنابراین نسبت c/a ترکیب که معیاری از واپیچش ساختار
است، با تغییر دمای پخت نمونه، تغییر محسوسی ندارد. نمونههای تک فاز Mn3Ga در دماهای مشابه و زمانهای کوتاهتر پخت - چند ساعت تا چند روز - گزارش شدهاند5]و.[11 در نمونههای حاضر با وجود 14 روز پخت نمونه نتایج متفاوتی حاصل شدهاست.
نمونهی پخت شده در دمای 425 C فاز اضافی منگنز و نمونهی پخت شده در دمای 375 C فاز مکعبی Mn3Ga دارد. ساختار مکعبی مشاهده شده پیش از این با پخت نمونه Mn3Ga در دمای 800 C به مدت نیم ساعت حاصل شده بود.[12] مشابه این رفتار در پخت نمونههای Mn3Ga2 در دمای پایین گزارش شدهاست.[9] به نظر میرسد، با افزایش دما تمایل به ایجاد ساختارهای منگنز افزایش مییابد. این به دلیل از دست رفتن تقارن ساختار در برخی جایگاههای شبکهی بلور است. با خروج اتمهای منگنز از ساختارهای Mn3Ga، ساختارهایی با غلظت کمتر منگنز، Mn1.86Ga، در نمونه ایجاد میشود. تشابه تقارن فضایی ساختارهای اضافی ایجاد شده در نمونهی 425 C با نمونهی اصلی، تأییدی بر این ادعا است.
تصاویر SEM از نمونههای Mn3Ga پخت شده در دماهای 375 و 425 درجه سانتیگراد در شکل - 2 - ، به خوبی تأثیر دمای پخت را بر مورفولوژی این نمونهها نشان میدهد. در نمونهی پخت شده در دمای 375 C دو ساختار بلوری با تقارنهای فضایی متفاوت در کنارهم ظاهری لایهای در نمونه ایجاد کرده است؛ درحالی که نمونهی پخت شده در دمای 425 C با وجود گروههای فضایی مشابه سه فاز متفاوت Mn3Ga ، Mn1.86Ga و Mn ظاهری کلوخهای دارد. پایداری ساختارهای با غلظت منگنز بیشتر با وا پیچش بلوری زیاد منجر به ایجاد فازهای Mn1.86Ga و Mn در نمونهی پخت شده در دمای 425 C میشود. به نظر میرسد در دماهای بالاتر تمایل به ایجاد ساختارهایی از Mn-Ga با غلظت بیشتر منگنز و در نتیجه واپیچش بلوری و ناهمسانگردی ساختاری بیشتر، افزایش مییابد.
