Phase Stability of Ni–(Co)–Mn– Z  ( Z  = Ga, In, Sb, Sn) Heusler Alloys

K. R. Erager; Ерагер К. Р.; V. V. Sokolovskiy; Соколовский В. В.; V. D. Buchelnikov; Бучельников В. Д.; A. G. Gamzatov; Гамзатов А. Г.; A. M. Aliev; Алиев А. М.

doi:10.31857/S0015323023601186

Фазовая стабильность сплавов Гейслера Ni–(Co)–Mn–Z (Z = Ga, In, Sb, Sn)

Авторы: Ерагер К.Р.¹^,2, Соколовский В.В.¹^,2, Бучельников В.Д.¹, Гамзатов А.Г.², Алиев А.М.²
Учреждения:
1. Челябинский государственный университет
2. Институт физики им. Х.И. Амирханова ДагНЦ РАН
Выпуск: Том 124, № 11 (2023)
Страницы: 1137-1144
Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/232716
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023601186
EDN: https://elibrary.ru/XNOGIJ
ID: 232716

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Выполнены первопринципные исследования фазовой стабильности и устойчивости к сегрегации аустенитной и мартенситной фаз сплавов Гейслера Ni_2 – xCo_xMn_1 + yZ_1 – y (x = 0, 0.25, 0.5 и y = 0, 0.25, 0.5, 0.75; Z = Ga, In, Sb, Sn) с различным типом магнитного упорядочения. Среди всех рассмотренных соединений стабильность демонстрируют только сплавы Ni_1.5Co_0.5MnGa и Ni₂MnGa в кубической и тетрагональной структурах с ферромагнитным упорядочением, соответственно, а также Ni₂Mn₂ в тетрагональной структуре с шахматным и послойным антиферромагнитным упорядочением. Для данных составов показано наличие нулевой энергии выпуклой оболочки и отсутствие реакций с положительной энергией декомпозиции. Остальные соединения представляются метастабильными как ввиду наличия устойчивых реакций с отрицательной энергией декомпозиции, так и реакций распада с положительной энергией декомпозиции. Число реакций распада возрастает с ростом химического беспорядка, т.е. отклонения от стехиометрии.

Ключевые слова

сплавы Гейслера, вычисления из первых принципов, фазовая стабильность, сегрегация

Список литературы

Khovaylo V.V., Skokov K.P., Taskaev S.V., Karpenkov D.Yu., Dilmieva E.T., Koledov V.V., Koshkid’ko Yu.S., Shavrov V.G., Buchelnikov V.D., Sokolovskiy V.V., Bobrovskij I., Dyakonov A., Ratnamala Chatterjee, Vasiliev A.N. Magnetocaloric properties of Ni2+xMn1−xGa with coupled magnetostructural phase transition // J. of Appl. Phys. 2020. V. 127. № 17. P. 173903.
Kanomato T., Shirakawa K., Kaneko T. Effect of hydrostatic pressure on the Curie temperature of the Heusler alloys Ni2MnZ (Z = Al, Ga, In, Sn and Sb) // J. Magn. Magn. Mater. 1987. V. 65. № 1. P. 76.
Khovailo V., Chernenko V.A., Cherechukin A., Takagi T., Abe T. An efficient control of Curie temperature TC in Ni–Mn–Ga alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2004. V. 272. P. 2067.
Albertini F., Fabbrici S., Paoluzi A., Kamarad J., Arnold Z., Righi L., Solzi M., Porcari G., Pernechele C., Serrate D., Algarabel P. Reverse magnetostructural transitions by Co and In doping NiMnGa alloys: Structural, magnetic, and magnetoelastic properties // Mater. Sci. Forum. 2011. V. 684. P. 151.
Fabbrici S., Albertini F., Paoluzi A., Bolzoni F., Cabassi R., Solzi M., Righi L., Calestani G. Reverse magnetostructural transformation in Co-doped NiMnGa multifunctional alloys // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 95. № 2. P. 022 508.
Yu S.Y., Cao Z.X., Ma L., Liu G.D., Chen J.L., Wu G.H., Zhang B., Zhang X.X. Realization of magnetic field-induced reversible martensitic transformation in NiCoMnGa alloys // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 91. P. 102 507.
Ma L., Zhang H.W., Yu S.Y., Zhu Z.Y., Chen J.L., Wu G.H., Liu H.Y., Qu J.P., Li Y.X. Magnetic-field-induced martensitic transformation in MnNiGa: Co alloys // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 032509.
Khovailo V., Abe T., Koledov V., Matsumoto M., Nakamura H., Note R., Ohtsuka M., Shavrov V.G., Takagi T. Influence of Fe and Co on phase transitions in Ni–Mn–Ga alloys // Mater. Trans. 2003. V. 44. P. 2509.
Wang Y., Huang C., Gso J., Yang S., Ding X., Song X., Ren X. Evidence for ferromagnetic strain glass in Ni–Co–Mn–Ga Heusler alloy system // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 101. P. 101913.
Yuhasz W.M., Schlagel D.L., Xing Q., Dennis K.W., McCallum R.W., Lograsso T.A. Influence of annealing and phase decomposition on the magnetostructural transitions in Ni50Mn39Sn11 // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. № 07A921.
Krenke T., Çakir A., Scheibel F., Acet M., Farle M. Magnetic proximity effect and shell-ferromagnetism in metastable Ni50Mn45Ga5 // J. Appl. Phys. 2016. V. 120. P. 243904.
Çakir A., Acet M., Farle M. Shell-ferromagnetism of nano-Heuslers generated by segregation under magnetic field // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 28931.
Çakir A., Acet M. Shell-ferromagnetism in Ni-Mn-based Heuslers in view of ductile Ni–Mn–Al // AIP Adv. 2017. V. 7. P. 056 424.
Çakir A., Acet M., Wiedwald U., Krenke T., Farle M. Shell-ferromagnetic precipitation in martensitic off-stoichiometric Ni–Mn–In Heusler alloys produced by temper-annealing under magnetic field // Acta Mater. 2017. V. 127. P. 117.
Бучельников В.Д., Соколовский В.В., Мирошкина О.Н., Байгутлин Д.Р., Загребин М.А. Фазовые превращения в сплавах Ni(Co)–Mn(Cr, C)–(In, Sn): исследования из первых принципов // ФММ. 2020. Т. 121. № 3. С. 202–209.
Grünebohm A., Herper H.C., Entel P. On the rich magnetic phase diagram of (Ni, Co)–Mn–Sn Heusler alloys // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. № 39. P. 395 001.
Bai J., Raulot J.M., Zhang Y., Esling C., Zhao X., Zuo L. The effects of alloying element Co on Ni–Mn–Ga ferromagnetic shape memory alloys from first-principles calculations // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. № 16. P. 164103.
Zelený M., Sozinov A., Straka L., Björkman T., Nieminen R.M. First-principles study of Co-and Cu-doped Ni2MnGa along the tetragonal deformation path // Phys. Rev. B. 2014. V. 89. № 18. P. 184103.
Sokolovskiy V.V., Gruner M.E., Entel P., Acet M., Çakır A., Baigutlin D.R., Buchelnikov V.D. Segregation tendency of Heusler alloys // Phys. Rev. Materials. 2019. V. 3. № 8. P. 084413.
Erager K.R., Baigutlin D.R., Sokolovskiy V.V., Buchelnikov V.D. Exchange correlation effects in modulated martensitic structures of the Mn2NiGa Alloy // Phys. Met. Metal. 2022. V. 123. № 4. P. 375–380.
Erager K. R., Sokolovskiy V. V., Buchelnikov V. D. Ab initio study of the phase stability of modulated structures in Co-doped Ni–Mn–In (Sn) Heusler alloys // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2022. V. 1213. № 1. P. 012008.
Ерагер К.Р., Соколовский В.В., Бучельников В.Д. Первопринципные исследования тенденции к сегрегации в сплавах Гейслера Ni2Mn1 + xSb1 – x с различным атомным упорядочением // Физика твердого тела. 2021. Т. 63. № 11. С. 1732–1738.
Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11169.
Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. B. 1996. V. 77. P. 3865.
Siewert M. Electronic, magnetic and thermodynamic properties of magnetic shape memory alloys from first principles. Ph.D. Thesis. 2012. University of Duisburg-Essen.
Jain A., Ong S.P., Hautier G., Chen W., Richards W.D., Dacek S., Cholia S., Gunter D., Skinner D., Ceder G., Persson K.A. Commentary: The Materials Project: A materials genome approach to accelerating materials innovation // APL Mater. 2013. V. 1. P. 011002.
Mehl M.J., Hicks D., Toher C., Levy O., Hanson R.M., Hart G.L.W., Curtarolo S. The AFLOW Library of Crystallographic Prototypes: Part 1 // Comp. Mat. Sci. 2017. V. 13. P. 1–828.
Hicks D., Mehl M.J., Gossett E., Toher C., Levy O., Hanson R.M., Hart G.L.W., Curtarolo S. The AFLOW Library of Crystallographic Prototypes: Part 2 // Comp. Mat. Sci. 2019. V. 161. P. 1–1011.
Hicks D., Mehl M.J., Esters M., Oses C., Levy O., Hart G.L.W., Toher C., Curtarolo S. The AFLOW Library of Crystallographic Prototypes: Part 3 // Comp. Mat. Sci. 2021. V. 199. P. 110 450.