Структурные и магнитные состояния магнитострикционных сплавов Fe3Me, Me = Al, Ga, Ge в широком интервале температур

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На источниках рентгеновского, синхротронного и нейтронного излучений выполнена серия дифракционных экспериментов на ряде сплавов, по составу близких к стехиометрическому Fe3Me с Mе = Al, Ga, Ge. В диапазоне температур (20–1100) К определены структурные, магнитные и микроструктурные характеристики сплавов и изучена их температурная эволюция в ходе непрерывного медленного нагрева и последующего охлаждения. Уточнены и конкретизированы имеющиеся в литературе сведения о метастабильных и равновесных состояниях сплавов при повышенных температурах, выполнен их сравнительный анализ. Установлена идентичность температурного поведения сплавов при Т < 100 К. Поиск тетрагональной фазы L60, образование которой в сплавах Fe-Ga рассматривается как основная причина резкого увеличения константы магнитострикции, не привел к положительному результату.

Об авторах

А. M. Балагуров

Объединенный институт ядерных исследований; Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: kirivale@yandex.ru
Россия, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, 141980; Ленинский пр-т 4, Москва, 119049; Ленинские горы, 1, Москва, 119991

И. С. Головин

Объединенный институт ядерных исследований; Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”

Email: kirivale@yandex.ru
Россия, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, 141980; Ленинский пр-т 4, Москва, 119049

Б. Ержанов

Объединенный институт ядерных исследований; Казанский (Приволжский) федеральный университет; Институт ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан

Email: kirivale@yandex.ru
Россия, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, 141980; ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008; ул. Ибрагимова, 1, Алматы, 050032 Казахстан

К. В. Калугин

Объединенный институт ядерных исследований; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: kirivale@yandex.ru
Россия, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, 141980; Ленинские горы, 1, Москва, 119991

С. В. Сумников

Объединенный институт ядерных исследований

Email: kirivale@yandex.ru
Россия, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, 141980

Д. Ю. Чернышов

SNBL at ESRF

Email: kirivale@yandex.ru
Франция, авеню Мартиров, 71, 38000, Гренобль

Список литературы

  1. Clark A.E., Hathaway K.B., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A., Keppens V.M., Petculescu G., Taylor R.A. Extraordinary magnetoelasticity and lattice softening in bcc Fe–Ga alloys // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. P. 8621–8623.
  2. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Hathaway K.B., Clark A.E., Lograsso T.A., Petculescu G. Tetragonal magnetostriction and magnetoelastic coupling in Fe–Al, Fe–Ga, Fe–Ge, Fe–Si, Fe–Ga–Al, and Fe–Ga–Ge alloys // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 023905.
  3. Kubaschewski O. Iron – Binary phase diagrams. Berlin: Springer-Verlag, 1982. 160 p.
  4. Ikeda O., Kainuma R., Ohnuma I., Fukamichi K., Ishida K. Phase equilibria and stability of ordered BCC phases in the Fe-rich portion of the Fe–Al system // Intermetallics. 2001. V. 9. P. 755–761.
  5. Okamoto H. Fe–Ga (Iron-Gallium) // J. Phase Equilibria and Diffusion. 2004. V. 25. P. 100.
  6. Okamoto H. Fe–Ge (Iron-Germanium) // J. Phase Equilibria and Diffusion. 2008. V. 29. P. 292.
  7. Ikeda O., Kainuma R., Ohnuma I., Fukamichi K., Ishida K. Phase equilibria and stability of ordered b.c.c. phases in the Fe-rich portion of the Fe–Ga system // J. Alloys Compd. 2002. V. 347. P. 198–205.
  8. Golovin I.S., Mohamed A.K., Bobrikov I.A., Balagurov A.M. Time-Temperature-Transformation from metastable to equilibrium structure in Fe–Ga // Mater. Letters. 2020. V. 263. P. 127257.
  9. Golovin I.S., Mohamed A.K., Palacheva V.V., Cheverikin V.V., Pozdnyakov A.V., Korovushkin V.V., Balagurov A.M., Bobrikov I.A., Fazel N., Mouas M., Gasser J.- G., Gasser F., Tabary P., Lan Q., Kovacs A., Ostendorp S., Hubek R., Divinski S., Wilde G. Comparative study of structure and phase transitions in Fe-(25-27)%Ga alloys // J. Alloy Comp. 2019. V. 811. P. 152030.
  10. Balagurov A.M., Sumnikov S.V., Cifre J., Palacheva V.V., Chubov D.G., Golovin I.S. In situ study of order-disorder transitions and anelasticity in Fe-26Al alloy // J. Alloys Comp. 2023. V. 932. P. 167663.
  11. Balagurov A.M., Samoylova N.Yu., Sumnikov S.V., Palacheva V.V., Golovin I.S. Structural and magnetic phase transitions in Fe3Ge: A neutron diffraction study // Phys. Rev. Mat. 2023. V. 7. P. 063603.
  12. Golovin I.S., Balagurov A.M., Bobrikov I.A., Sumnikov S.V., Mohamed A.K. Cooling rate as a tool of tailoring structure of Fe–(9–33%)Ga alloys // Intermetallics. 2019. V. 114. P. 106610.
  13. Drijver J.W., Sinnema S.G., Van der Woude F. Magnetic properties of hexagonal and cubic Fe3Ge // J. Phys. F: Met. Phys. 1976. V. 6. P. 2165–2177.
  14. Lograsso T.A., Ross A.R., Schlagel D.L., Clark A.E., Wun-Fogle M. Structural transformation in quenched Fe–Ga alloys // J. Alloy. Comp. 2003. V. 350. P. 95–101.
  15. Balagurov A.M., Chernyshov D.Yu., Bosak A.А., Bobrikov I.A., Sumnikov S.V., Golovin I.S. In-grain phase separation and structural ordering in Fe-Ga alloys seen from reciprocal space // Intermetallics. 2021. V. 128. P. 107016.
  16. Головин И.С., Палачева В.В., Мохамед А.К., Балагуров А.М. Структура и свойства Fe–Ga сплавов – перспективных материалов для электроники // ФММ. 2020. Т. 121. № 9. С. 937–980.
  17. Balagurov A.M. Scientific reviews: high-resolution Fourier diffraction at the IBR-2 reactor // Neutron News. 2005. V. 16. P. 8–12.
  18. Балагуров А.М., Головин И.С. Рассеяние нейтронов в исследованиях функциональных сплавов на основе железа (Fe–Ga, Fe–Al) // УФН. 2021. Т. 191. № 7. С. 738–759.
  19. Dyadkin V., Pattison Ph., Dmitriev V., Chernyshov D. A new multipurpose diffractometer PILATUS@SNBL // J. Synchrotron Radiat. 2016. V. 23. P. 825–829.
  20. Girard A., Nguyen-Thanh T., Souliou S.M., Stekiel M., Morgenroth W., Paolasini L., Minelli A., Gambetti D., Winkler B., Bosak A. A new diffractometer for diffuse scattering studies on the ID28 beamline at the ESRF // J. Synchrotron Radiat. 2019. V. 26. P. 272–279.
  21. Rodriguez-Carvajal J. Recent advances in magnetic structure determination by neutron powder diffraction // Physica B. 1993. V. 192. P. 55–69.
  22. Wojdyr M. Fityk: a general-purpose peak fitting program // J. Appl. Cryst. 2010. V. 43. P. 1126–1128.
  23. Sears V.F. Neutron scattering lengths and cross-sections // Neutron News. 1992. V. 3(3). P. 26–37.
  24. Gou J., Yang T., Qiao R., Liu Y., Ma T. Formation mechanism of tetragonal nanoprecipitates in Fe–Ga alloys that dominate the material’s large magnetostriction // Scr. Mater. 2020. V. 185. P. 129–133.
  25. Cahn R.W. Lattice parameter changes on disordering intermetallics // Intermetallics. 1999. V. 7. P. 1089–1094.
  26. Balagurov A.M., Bobrikov I.A., Sumnikov S.V., Golovin I.S. Coherent cluster ordering in Fe-xAl and Fe-xGa alloys // J. Alloy and Comp. 2021. V. 895. P. 162540.
  27. Clark J.B., Hastie J.W., Kihlborg L.H.E., Metselaar R., Thackeray M.M. Definitions of terms relating to phase transitions of the solid state // Pure & Appl. Chem. 1994. V. 66. P. 577-594.
  28. Balagurov A.M., Samoylova N.Yu., Golovin I.S. Diffusive and displacive phase transitions in Fe–Ga alloys // Physica B. 2024. V. 676. P. 415668.
  29. Ашкрофт Н., Мермин Н. ФТТ. М.: МИР, 1979.
  30. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974. 199 с.
  31. Liu L., Shiyou F., Liu G., Wu G., Sun X., Li J. Transmission electron microscopy study on the microstructure of Fe85Ga15 alloy // Physica B. 2005. V. 365. P. 102–108.
  32. Jin T., Wang H., Chen Y., Li T., Wang J., Jiang C. Evolution of nanoheterogeneities and correlative influence on magnetostriction in FeGa-based magnetostrictive alloys // Mater. Characteriz. 2022. V. 186. P. 111780.
  33. Xing Q., Du Y., McQueeney R.J., Lograsso T.A. Structural investigations of Fe–Ga alloys: Phase relations and magnetostrictive behavior // Acta Mat. 2008. V. 56. P. 4536–4546.
  34. Sumnikov S.V., Bobrikov I.A., Golovin I.S., Balagurov A.M. Bulk vs. surface structural phases in Fe–27Ga alloy // J. Alloys Comp. 2022. V. 928. P. 167116.
  35. Yan K., Xu Y., Niu J., Wu Y., Li Y., Gault B., Zhao S., Wang X., Li Y., Wang J., Skokov K.P., Gutfleisch O., Wu H., Jiang D., He Y., Jiang C. Unraveling the origin of local chemical ordering in Fe-based solid-solutions // Acta Mat. 2024. V. 264. P. 119583.
  36. He Y., Ke X., Jiang C., Miao N., Wang H., Coey J.M.D., Wang Y., Xu H. Interaction of trace rare earth dopants and nanoheterogeneities induces giant magnetostriction in Fe-Ga alloys // Adv. Funct. Mater. 2018. V. 28. P. 1800858.
  37. Chen B., Gong Y., Zhang Z., Lu Z., Pan S., Guo Y., Xu F. Microstructure related disparity of the magnetostriction in the <100> oriented directionally solidified Fe81Ga19 polycrystals // Scripta Mater. 2023. V. 227. P. 115296.
  38. Zhao X., Ke Y., Xie S., Sun M., Jiang H., Li B., Wang X. Nanoprecipitation induced giant magnetostriction: A time-resolved small-angle neutron scattering study of the vacancy-assisted kinetics // J. Mat. Science & Techn. 2025. V. 210. P. 1–9.
  39. Balagurov A.M., Bobrikov I.A., Chernyshov D.Yu., Sohatsky A.S., Sumnikov S.V., Yerzhanov B., Golovin I.S. Tetragonal phases in Fe-Ga alloys: A quantitative study // Phys. Rev. Mat. 2024. V. 8. P. 073604.
  40. Albertini F., Pareti L., Deriu A., Negri D., Calestani G., Moze O., Kennedy S.J., Sonntag R. A magnetic and structural stydy of Mn, Co, and Ni substituted Fe3Ge2 hexagonal germanides // J. Appl. Phys. 1998. V. 84. P. 401–410.
  41. Wu R. Origin of large magnetostriction in FeGa alloys // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 7358–7360.
  42. Cullen J., Zhao P., Wuttig M. Anisotropy of crystalline ferromagnets with defects // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 123922.
  43. Ruffoni M.P., Pascarelli S., Grössinger R., Sato Turtelli R., Bormio-Nunes C., Pettifer R.F. Direct Measurement of Intrinsic Atomic Scale Magnetostriction // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. P. 147202.
  44. Sun M., Jiang W., Ke Y., Ge B., Wang X., Fang Q. Tetragonal dipole dominated Zener relaxation in BCC-structured Fe-17at.%Ga single crystals // Acta Mat. 2023. V. 258. P. 119245.
  45. Golovin I.S. Anelastic Effects in Fe–Ga and Fe–Ga-Based Alloys: A Review // Materials 2023. V. 16. P. 2365.
  46. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Влияние отжига в ферромагнитном состоянии на структуру сплава железа с 18% галлия // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 12–21.
  47. Ершов Н.В., Клейнерман Н.М., Лукшина В.А., Черненков Ю.П., Шишкин Д.А., Смирнов О.П., Семенов В.Г. Ближний порядок в неупорядоченных твердых растворах алюминия в α-железе // ФТТ. 2023. Т. 65. № 3. С. 372–385.
  48. Johansson G., Gorbatov O.I., Etz C. Theoretical investigation of magnons in Fe-Ga alloys // Phys. Rev. B. 2023. V. 108. P. 184410.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».