新型单轴压力单元对HeuslerNi 2 MnSn基合金磁化的影响？

文|科普有谱

编辑|科普有谱

«——【·前言·】——»

为SQUID磁力计中的磁性测量设计了一种多功能类型的非磁性单轴压力单元，一种先进的电池微型零件加工技术被用于制造新型内部挤压器模块，其中样品可以在垂直于外部磁场的方向上被高达3kN的力压缩。

通过研究Heusler非化学计量Ni2的磁性行为，测试了电池的正确运行单轴压缩下的MnSn合金。

本文讨论了单轴压缩对合金奥氏体和马氏体相磁化的可逆影响之间意想不到的显著差异，单轴压缩效应与静水压力对合金磁化和结构转变之间耦合的影响进行了比较。

«——【·同性效应实验部分·】——»

1.与静水压力关系

与静水压力引起的各向同性效应相反，固体的单轴压缩可以检查或评估所研究材料特性的固有各向异性。

最近，磁性材料单晶的单轴弹性压缩在不同晶体方向上具有巨大的磁相互作用各向异性，与静水压力引起的影响相比，对各向异性材料中的压力效应产生了质的不同看法。

已经观察到巨大的单轴压力效应，尤其是在重费米子中,稀土锰酸盐,金属间化合物和高温C超导铜酸盐使用具有单轴应力产生和检测的复杂方法的压力装置。

来自HeuslerNi2 Mn X合金家族的磁性形状记忆合金经历了从立方奥氏体相到马氏体相的结构无扩散转变，通常具有四方或正交晶体结构。

2.实验中产生的晶体

这种转变是通过创建复杂的孪晶结构来实现的，最终导致晶体的宏观单轴伸长。这就是为什么我们选择非化学计量的HeuslerNi 1.88 Mn 1.6 Sn 0.52合金来测试新设计的单轴压力单元的原因之一。

此外，在环境压力和静水压力下对所选合金的磁性和结构特性进行了详细研究，结果在几篇著作中都有描述提供了比较单轴压力和静水压力效果的可能性。

在本文中，介绍了单轴压力单元的设计、校准和操作，并描述了其在所选合金磁性能研究中的应用。

讨论了由单轴压缩引起的所选合金的奥氏体和马氏体相的磁化温度依赖性的意想不到的不同行为，并与静水压力对合金磁化的影响进行了比较。

«——【·细胞·】——»

1.样品结构

非磁性单轴压力CuBe电池设计用于在宽磁场和温度范围内研究单轴应力下的固体单晶或多晶。

样品在样品池中的单轴压缩可以在垂直于横向应力或平行于样品室轴的方向轴向应力上实现。在磁测量的情况下，它分别表示在垂直于或平行于外部磁场的方向上。

电池的构造其尺寸、附件和材料是根据其在SQUID磁力计中的使用而定制的。示意图显示单轴非磁性压力单元的两种排列方式。

在横向应力的情况下，可以将样品小心地插入单独的挤压器模块中，然后将其放入单元中。在轴向应力的情况下，样品直接固定在活塞上。

在它的范围内，本文中显示了管状的单元和在压力实验期间压缩管弹簧的支撑和挤压螺钉，在轴向压缩样品的情况下，弹簧力直接传递到活塞上，而在横向压缩过程中，力施加在由两个棱柱及其支架组成的内部挤压器模块上,圆柱体中精确制造的矩形锥形孔口确保了棱镜的正确滑动方式。

垫片减少了管弹簧在挤压器模块或活塞上可能发生的旋转传递，以便于定向单晶或多晶样品的固定。

这些步骤同时控制棱镜锥度1:8相对于样品厚度从支架的突出。棱镜从支架的突出量可以是1+1.5mm，即样品可以与棱镜上的台阶重叠0.25+0.35mm。

带有样品的挤压器模块的精确设置是电池运行的关键要求。

池中使用的样品的最大尺寸为2×2×0.7mm。

然而，为了确保单轴应力的最低不均匀性，在表面为S的样品边界上，建议使用高度低于0.1的样品。

与文献中描述的电池相比，管弹簧和带有矩形锥形孔口的挤压器模块代表了单轴电池的主要有用创新。

2.管弹簧

然而，这种单轴电池的运行在很大程度上取决于所有使用部件的精确制造并仔细校准管弹簧和挤压器模块。

挤压样品的力是由CuBe管弹簧产生的，管弹簧可以通过其长度的微小变化产生相对较高的轴向力。

用于确定力的弹簧常数k的值可以通过弹簧的尺寸进行调整。两个退火CuBe弹簧L25（Ø5.5×Ø3.5×（14×1.5））mm和L26（Ø5.5×Ø3×（11×2））mm的校准结果。

即外径和内径，间距宽度，张力计负载单元用于校准弹簧。在实际实验中，弹簧长度的变化可以通过电池和挤压螺钉之间的间隙来测量，或者更准确地说，通过在螺钉表面上使用游标来测量回转。

在电池横向布置的情况下，ΔL的值仅确定轴向力。轴向力转换为作用在挤压器模块中的样品上的横向力可以通过关系式来描述，从方程式可以看出，力转换为横向力对挤压器中的实际摩擦非常敏感。

使用实际挤压器模块的三个校准实验是在压力机的单元外部进行的，通过校准的测力传感器精确测量力。

Al和Cu的样品在挤压器模块中被压缩，并且收到几乎相同的系数C t值C t =1.54; 1.55和1.55，分别当我们比较这些材料的屈服应力值时，这些值是通过电池的轴向和横向排列实验确定的。

此外，从胡克定律行为到塑性变形区域的急剧变化表明样品表面上的载荷均匀。

C t的值和关系式， 确定挤压器模块各部分之间的摩擦系数值f=0.2。f的这个值在实践中通常用于计算任何金属部件之间的摩擦，在我们的例子中，这个f的值验证了电池的正确操作。

微米粉末可应用于所有接触表面。必须在此强调的是，挤压器模块、棱镜和棱镜支架中的矩形锥形孔的所有部件的精确制造是所描述电池正确运行的关键要求。

磁测量实验条件多晶Ni 1.88 Mn 1.6 Sn 0.52合金是通过真空电感应熔炼制备的，随后在氩气中在1170K温度下退火92小时。合金的成分、晶体结构和磁性能的详细描述。

使用MPMS-7T磁力计，在高达6T的磁场下，在5K至400K的温度范围内进行磁测量。静水压力下的参考测量是在微型高压CuBe电池中进行的。

这种类型的过程有助于我们获得设计新膜材料的见解，并更好地理解水跟纳米孔的关系。为了简单地说明跟踪这个问题的复杂性，这里我们给出了一个二硫化钼膜在三种条件下的水渗透率:一个没有电荷分布的孔，一个含有钼和硫原子的正常电荷的孔，以及一个含有两倍的钼和硫电荷的孔。

我们可以在不改变孔径和形状的情况下理解电荷在水的流动性中所起的作用，同时也保持电荷在膜中的空间分布不变。

此外，研究了三种纳米孔尺寸:0.74纳米、0.97纳米和1.33纳米纳米孔直径考虑原子中心到中心的距离。

2021年4月29日发布。由南里奥格兰德联邦大单轴压缩下测量的结果和讨论随着温度的降低，Ni 1.88 Mn 1.6 Sn 0.52合金的奥氏体相在居里温度T C处由顺磁态转变为铁磁态，然后在温度T A-M处经历非扩散磁结构转变为低温马氏体相。

在图中，磁化强度在环境压力和静水压力下的温度依赖性表现为合金马氏体相的磁化强度显著降低，并且具有显著的转变温度滞后。

因此，只有直径小于0.9纳米的碳纳米管才能表现出可接受的排斥率。亲水基团产生的表面粗糙度也导致水的流动性降低。此外亲水基底至少在非常靠近它的层中改变水的行为。

尽管水在中快速流动背后的物理机制已经被很好地理解，但是基于它的膜受到低盐截留率和生产高度排列和高密度阵列的困难的限制。通过膜的通量与膜厚度成反比的观察结果导致了使用单层膜作为脱盐新策略的想法。

后来，提出了几种新兴的单层膜。最初，剥离石墨烯作为单原子层膜被提出，随后功能化-具有几个活性基团的纳米多孔石墨烯片和无机纳米粒子。

研究用于脱盐的功能化石墨烯的第一次尝试表明，功能化的纳米多孔石墨烯膜可以进行超过99%的盐排斥，并提供比目前市售反渗透膜和纳米过滤膜高2或3个数量级的水渗透性。

所有的Mn-Ni和Mn-Mn磁相互作用都对这些合金中原子间距离的变化非常敏感，因此，已经考虑了富锰合金马氏体相中Mn矩之间的铁磁和反铁磁相互作用的混合并在最近进行了理论上的验证。

最短的Mn-Mn距离在合金的奥氏体和马氏体相中分别为2.995和2.792Å通过X射线衍射法确定。

理论计算证实了结构转变过程中Mn-Mn距离的减小是奥氏体中铁磁相互作用转变为最近的Mn原子之间的反铁磁相互作用的起源。

Mn原子之间的铁磁和反铁磁相互作用的混合也是马氏体相相对于合金的奥氏体相磁化显著较低的原因。

Ni 1.88 Mn 1.6 Sn 0.52合金在环境方形和静水压力圆形下的磁化温度依赖性。所用单轴压缩的最高值在每种情况下都受到所研究材料的屈服应力值的限制，因此无法预期原子间距离的大变化。

«——【·最终实验结果·】——»

在多种实验结果表明下，已发现单轴压缩对合金奥氏体相磁化的巨大影响。

奥氏体相中磁矩的铁磁排列几乎完全被略低于0.5GPa的单轴应力破坏，但是，应力对奥氏体T C的影响可以忽略不计。

尽管单轴压缩对合金奥氏体相的磁化有巨大影响，但在合金单轴压缩后在环境压力下测量的磁化的温度依赖性，它显示了单轴压缩巨效应的完全可逆性和合金磁化的完全恢复。

另一方面，单轴压缩对5K合金马氏体相饱和磁化强度的影响与静水压力的相关影响具有很好的可比性。马氏体压力参数的值仅略有不同，在静水压和单轴压缩的情况下，奥氏体向马氏体的结构转变伴随着体积减小。

因此，在静水压力下观察到转变温度T A-M和T M-A显著增加。除了转变温度的增加外，没有检测到静水压力对磁化温度依赖性的额外影响。

合金的单轴压缩引起的转变温度的变化是复杂的。观察到温度升高，但是，从奥氏体到马氏体的转变结束温度似乎不受单轴压缩的影响。

因此，在单轴压缩下观察到过渡的显著加宽。在单轴压力盒中进行的实验明确发现合金具有立方晶体结构的奥氏体相对单轴压缩的高度敏感性。

由于预期的原子间距离的微小变化，该效应可归因于奥氏体中立方晶体对称性的破坏，这是由单轴压缩下原子位置的各向异性变化引起的。

马氏体相中原子的小的各向异性位移可能无法显著影响正交晶体对称性，因此，单轴压缩对马氏体磁化的影响几乎可以忽略不计。

到目前为止，尚未在理论上研究奥氏体中立方对称性的部分破坏对铁磁或反铁磁Mn-Mn相互作用的影响。

«——【·笔者认为·】——»

通过研究HeuslerNi2 MnSn基合金在高达0.5GPa的单轴压缩下的磁化，设计并成功测试了新型单轴压力单元。

发现了单轴压缩对合金奥氏体相磁化的显著和意想不到的影响。讨论了在合金中铁磁和反铁磁Mn-Mn相互作用的竞争中奥氏体中晶体立方对称性破坏的可能重要作用。

«——【·参考文献·】——»

1.卡利戈《单轴压力对CeB6磁相图和半表面性质的影响》，剑桥大学出版社，剑桥，2012年。

2.蔺华利《钙钛矿锰酸盐的磁和中子衍射研究》，马萨诸塞州：麻省理工学院出版社，1980年。

3.卡格隆《具有反铁磁前体的铁磁体》，剑桥大学出版社，剑桥，2012年。

4.尤尔根《平面内超导性的巨大各向异性单轴压力效应》，加利福尼亚大学出版社，加利福尼亚州，1992年。

5.哈贝马斯《适用于闭式循环冰箱系统的交流磁化率测量的简单单轴压力装置，牧师科学仪器》，哈弗大学出版社2012年。