SUPERVISOR
Hadi Salamati mashhad,Parviz Kameli
هادی سلامتی مشهد (استاد مشاور) پرویز کاملی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohsen Hakimi Baghdad Abadi
محسن حکیمی بغدادآبادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1387
TITLE
Preparation and investigation of structural and magnetic properties of some of Heusler alloys
In this project Co 2 Fe 1-x Cr X Al Heusler alloys have been prepared by mechanical alloying (MA). Final Fm3m phase was obtained after 15 hours of milling. The analysis of X-ray data confirms the existence of the CoAl phase in the samples obtained after one hour of MA. With the increased Fe content, the reduction in peak intensity over time is not as rapid. This phenomenon can be related to the catalytic effects of Cr. for all of the samples, M s is less than the estimated Slater Pauling value. The deviation of the magnetic moment per formula unit from the theoretical Slater Pauling value decreases with the increasing Fe content, which is attributed to a very low moment at the Cr sites. Also the effect of annealing and mechanical properties of these compounds was studied. Then four Heusler compounds (Co 2 FeGe, Co 2 FeSi, Fe 2 CoGe, Fe 2 CoSi) were prepared with the same method and effect of vacuum annealing on properties was studied. According to the structural measurements 15 hours milling was enough for crystallization of these compounds. During annealing the crystallite size increased and lattice ordering enhanced. Two super lattice peaks was appeared in X-ray spectrum due to enhancement of lattice ordering of two Si content compounds. In Co based compounds the saturation magnetization value increased to a closer value of Slater Pauling model because of improvement of lattice ordering. The value of Ms in some Fe based compounds was higher than Slater Pauling prediction. The magnetic structure of these samples was analyzed by mosbauer spectroscopy and the atomic moments were determined. At the end 6 compounds of 24 valence electron Heusler alloys were prepared. Investigation of properties of ball milled Mn 3-x Ga samples showed that the stoichiometry of these compounds will change during milling process so all of these 24 valence electron samples were prepared by arc melting. Fe 2 TiGe and Fe 2 TiSi were no single phase. 5 samples of Mn 3 Ga were prepared. The difference between these samples was the annealing temperature and the ball milling process after arc melting. The ball milled and annealed samples had L1 0 and DO 22 structures respectively. The saturation magnetization deviated from Slater Pauling value in annealed samples. The annealed samples showed a coercive field in range of 0.7T. The X-ray measurements showed that a little Mn is exsolved at the two higher annealing temperatures. One of these samples had a 4 times higher magnetization and same coercivety in comparison with previous works. Cr 2 CoGa sample had L2 1 structure but magnetization deviated from Slater Pauling value. In contrast Cr 2 FeGe had a tetragonal structure. The magnetic structure of this sample was studied by mosbauer spectroscopy measured at 20 and 300K and a change in magnetic structure was detected by temperature. Magnetization of Fe 2 VGa was too low. This value was explained with a weak itinerant ferromagnet state. Keywords: Heusler alloys, magnetic structure, mechanical alloying, itinerant ferromagnet
در بخش اول این پروژه ترکیب های هویسلر Co2Fe1-xCrXAl با روش آلیاژسازی مکانیکی ساخته شدند. فاز نهایی Fm3mپس از 15 ساعت آسیاب کاری برای این ترکیب های به دست آمد. مطالعه فرآیند تشکیل فاز این واقعیت را آشکار کرد که عناصر سازنده در ساعات اولیه، فاز میانی CoAlرا تشکیل می دهند. از سوی دیگر کروم در ترکیب نقش کاتالیستی داشته و حضور این عنصر در ساختار می تواند منجر به افزایش سرعت تشکیل فاز شود. تغییرات مغناطش اشباع این ترکیب ها با درصد آهن از پیش بینی مدل اسلیتر - پائولینگ انحراف کمی دارد. بی نظمی های بلوری و همچنین نقش کروم به عنوان عواملی در کمتر بودن گشتاور مغناطیسی مطرح شد. همچنین خواص مکانیکی و تاثیر بازپخت نیز مطالعه شد. در ادامه پروژه چهار ترکیب هویسلر Co2FeGe، Co2FeSi، Fe2CoGeو Fe2CoSiکه گشتاور مغناطیسی خیلی بالا دارند با روش آلیاژسازی مکانیکی ساخته شد و اثر بازپخت تحت خلا نیز مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه ویژگی های بلوری نشان داد 15 ساعت آسیاب کاری برای تشکیل فاز در همه نمونه ها مناسب است. اندازه بلورک ها با بازپخت افزایش یافت. همچنین نظم بلوری با بازپخت بهبود پیدا کرد. این بهبود با پیدایش قله های ابرشبکه در طیف XRDپس از فرایند بازپخت برای دو ترکیب Co2FeSiو Fe2CoSiظهور می یابد. در ترکیب های بر پایه کبالت به واسطه بهبود نظم بلوری با بازپخت مقدار مغناطش به مقدار اسلیتر - پائولینگ نزدیک می شود. در ترکیب های بر پایه آهن مقدار مغناطش از مقدار پیشنهادی مدل اسلیتر - پائولینگ افزایش می یابد. ساختار مغناطیسی این ترکیبات با استفاده از آنالیز موسبائر مورد مطالعه قرار گرفت. گشتاور مغناطیسی اتم ها از طیف موسبائر استخراج شد. بخش پایانی کار مطالعه ترکیبات هویسلر با 24 الکترون ظرفیت بود. از این سری 6 ترکیب Fe2VGa، Cr2FeGe، Cr2CoGa، Mn3Ga، Fe2TiGeو Fe2TiSiانتخاب شدند. مطالعه خواص نمونه های Mn3-xGa ساخته شده با روش آلیاژسازی از تغییر استوکیومتری ترکیب در طول فرآیند سایش حکایت داشت. لذا در ادامه تمام نمونه ها با روش ذوب قوسی ساخته شدند. با توجه به اینکه نمونه های Mn3Ga در دماهای نزدیک به 400 درجه سانتیگراد یک گذار ساختاری از خود نشان می دهند، تاثیر بازپخت در دماهای نزدیک به این دما مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین تاثیر آسیاب کاری نیز بررسی شد. نمونه های آسیاب شده یک ساختار L10از خود نشان دادند. در مقابل ساختار نمونه های بازپختی، تتراگونالی از نوع DO22بود. مغناطش در نمونه های بازپختی از مقدار اسلیتر - پائولینگ تبعیت نکرد. این نمونه ها میدان وادارندگی بزرگی از مرتبه 7/0 تسلا از خود نشان دادند. مقدار مغناطش اشباع نمونه های بازپختی با افزایش دما افزایش یافت که به خروج منگنز از ساختار ارتباط داده شد. مغناطش اشباع نمونه بازپخت شده در 450 درجه سانتیگراد در مقایسه با کارهای گذشته با میدان وادارندگی یکسان تا 4 برابر بهبود یافته است. نمونه Cr2CoGaعلی رغم داشتن ساختار بلوری L21انحراف زیادی از مدل اسلیتر - پائولینگ از خود نشان داد. در مقابل نمونه Cr2FeGeساختار بلوری تتراگونالی داشت. ساختار مغناطیسی این نمونه در دمای 20 و 300 کلوین با استفاده از طیف موسبائر توصیف شد. یک تغییر در ساختار مغناطیسی با دما برای این ترکیب مشاهده شد. در نهایت ترکیب Fe2VGaگشتاور مغناطیسی کوچکی از خود نشان داد. این مقدار از گشتاور مغناطیسی با در نظر گرفتن یک خاصیت فرومغناطیسی از نوع سیار در این ترکیب توجیه شد. کلمات کلیدی: آلیاژهای هویسلر، ساختار مغناطیسی، مغناطش سیار، آلیاژسازی مکانیکی