Studium atomového uspořádání  Ni-Mn-Ga pomocí rengenovské difrakce

 

K. Richterová, J. Drahokoupil, O. Heczko

 

 

Institute of Physics of the ASCR, v.v.i.; Na Slovance 2, 18221 Prague 8, Czech Republic
kristina.rich

kristina.richterova@seznam.cz

 

 

Keywords: RTG, Ni-Mn-Ga, Atomové uspořádání, Ferromagnetické slitiny s tvarovou pamětí

Abstract

Single crystals of stoichiometric Ni2MnGa were studied using the X-ray powder diffractometer. The crystal at room temperature is in cubic state called austenite. Diffraction spectra of quenched and annealed states of the austenite were compared. The extinction of 200 lines of the diffraction spectrum was observed in the quenched sample. The extinction is likely caused by a disordered structure.

Úvod

Nedávno bylo objeveno, že některé slitiny typu Ni-Mn-Ga vykazují obří deformaci v magnetickém poli [1]. Tento nový jev, fundamentálně odlišný od magnetostrikce, se nazývá jev magnetické tvarové paměti. Obří deformace je výsledkem reorientace nekubické atomové mřížky, ke které dochází pohybem hranic dvojčatění v magnetickém poli [1-2]. Slitiny Ni-Mn-Ga vykazují i další zajímavé fyzikální jevy jako je magnetokalorický a elastokalorický jev a tvarová paměť [3]. Proto jsou tyto slitiny v současné době intensivně studovány. Ni-Mn-Ga patří do rodiny Heuslerových slitin, které vykazují atomové uspořádání na dlouhou vzdálenost. Očekává se, že uspořádání má vliv na martensitickou transformaci z vysokoteplotní kubické fáze zvané austenit na fázi s nižší symetrií zvanou martensit. V práci jsme studovali vliv žíhání a rychlosti chlazení na atomové uspořádání v austenitu.  

Krystalografická struktura

Předmětem studia byl monokrystal Ni50Mn25 Ga25 (at.%) od firmy AdaptMat Ltd. Při daném složení má NiMnGa za pokojové teploty kubickou mříž s prostorovou grupou Fm-3m a mřížkovými parametry a = 5,832 nm a α = 90°. Při teplotách nad 1100 K jsou atomy Mn a Ga náhodně uspořádány v základní buňce (uspořádání B2´), zatímco při pokojové teplotě se usazují na pozicích s frakčními souřadnicemi Ga: 0 0 0; Mn: 0,5 0,5 0,5; Ni: 0,25 0,25 0,25 a 0,75 0,75 0,75 [4-5]. Základní buňka je znázorněna na obrázku 1.

 

 

 

 

 

 

 

Obrázek 1. Základní buňka uspořádaného kubického austenitu Ni2MnGa.

 

Experimentální část

RTG měření proběhlo na horizontálním práškovém difraktometru X’Pert PRO PANalytical. Zdrojem záření byla kobaltová anoda (λ = 1.78901) s bodovým ohniskem. Ozářený objem byl vymezen monokapilárou s vnitřním poloměrem 0,1mm. Vzorek byl upevněn na texturní nástavec ATC-3, který umožňuje rotaci, náklon a posuv vzorku ve směru osy x. Současný pohyb zdroje a detektoru umožňuje jemnou a přesnou změnu úhlu (ω) dopadajícího záření. Nejdříve byl vzorek zorientován ve směru laboratorního systému. Provedli jsme několik ω-skenů pro různé úhly ψ, dokud jsme nenalezli orientaci maximum silné difrakce (400). Linie (400) je fundamentální a proto nezávisí na stupni uspořádání. Poté bylo proměřeno celé spektrum.

Výsledky a diskuse

Byly měřeny dva monokrystalické vzorky: jeden po žíhání a chlazení v peci a druhý v zakaleném stavu. Na obrázku 2 vidíme jejich difrakční záznam (θ-θ sken) pro orientaci vzorků vzorku ve směru [100].

 

Obrázek 2. Žíhaný vzorek (tmavá čára) a vzorek v zakaleném stavu (světlá čára).

 

Z obrázku je patrné úplné vyhasínání linie (200) kaleného vzorku. Linie (200) je superstrukturní linie příslušná uspořádáni L21. Vyhasínání je proto možné interpretovat jako neuspořádanost kalené struktury. Dále jsme hledali přítomnost další superstrukturní linie (111). V presentace budeme diskutovat i jiné možné interpretace vyhasínaní reflexí.

 

Reference

1.                   K. Ullakko et al. Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 1966

2.                   O. Heczko, A. Sozinov, K. Ullakko, IEEE Trans Mag 36 (2000) 3266

3.                   O. Söderberg, I. Aaltio, Y. Ge, O. Heczko and S.-P. Hannula, Mat. Sci. Eng.  A  481–482 (2008), 80–85

4.                   K. H. J. Buschov, P.G. van Engen, R. Jongebreu thesiss, J. Magn. Magn. Mat., 38, 1 (1983), 1-22

5.                   R. W. Overholser, M. Wuttig, and D. A. Neumann, Scripta Mater. 40, 1095 (1999)

 

Poděkování

Práce je podporována grantem GAČR No. P107/11/0391. Autoři by také rádi poděkovali Viktorovi Goliášovi za pomoc s instrumentálním  zařízením a Adaptamatu Ltd. za laskavé poskytnutí výzkumného materiálu.