CПИНОВЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ В Ni-Mn-Ga

В.В. Рунов, Ю.П. Черненков, М.К. Рунова, В.Г. Гаврилюк1, Н.И. Главацкая¹

¹ Институт металлофизики, Киев, Украина

Тройной интерметаллический сплав Гейслера Ni₂MnGa испытывает мартенситный переход из кубической фазы типа L2₁ в тетрагональную фазу с соотношением осей c/a=0,94. Уникальность этого сплава в том, что мартенситные превращения происходят в ферромагнитном состоянии, причем характерные температуры (T_C и температура мартенситного перехода T_m) меняются в широких пределах при отклонении химического состава сплава от стехиометрического. В сплаве предполагается сильная взаимосвязь структурной и магнитной подсистем, что и определяет необычные свойства этого материала. Сплав демонстрирует такие притягательные свойства, как магнитно-контролируемый эффект памяти формы (MSME), сильный магнитокалориметрический эффект. Нужные характерные температуры могут быть получены выбором соответствующей химической композиции сплава. В настоящее время к сплаву, который относят к классу "smart material", проявляется большой научный и технический интерес. Помимо MSME и сложной структуры в мартенситной фазе в сплаве наблюдаются и другие интересные физические явления, такие как смягчение фононной моды и изменение в распределении спиновой плотности в тетрагональной фазе. Однако, спиновые корреляции и спиновая динамика экспериментально не исследовались.

В работе [1] впервые выполнены измерения малоуглового рассеяния и деполяризации нейтронов в монокристалле Ni_49,1Mn_29,4Ga_21,5 с 5,3% MSME в диапазоне температур 15 < T < 400 K и магнитных полей 0 < H < 4,5 кЭ. Определены характерные температуры сплава: T_C = 373,7 K и мартенситного перехода T_m » 306 K. Найдено, что магнитное критическое рассеяние вблизи T_C и рассеяние при T < T_C, которое имеет магнитную природу, удовлетворительно описываются зависимостью Im = A (q²+к²)^-2 (R_c = 1/к - корреляционный радиус). Получены температурные зависимости параметров рассеяния A и R_с. Найдено, что ферромагнитные спиновые корреляции растут практически линейно с понижением температуры от » 40 Å (при T_C + 1K) до » 400 Å вблизи T_m, вызывая сильное малоугловое рассеяние, рис.1. При T » Tm наблюдается резкий срыв малоуглового рассеяния, т.е. рост спиновых корреляций до микронных размеров. Экспериментально наблюдаемое магнитное малоугловое рассеяние можно объяснить магнитным декорированием возникающих при фазовом переходе первого рода тетрагональных областей, которые имеют отличный от кубической фазы магнитный момент.

Рисунок 1. Температурная зависимость (1 - 4) интенсивности малоуглового рассеяния нейтронов с волновым вектором q » 0,01 Å^-1 и поляризации (5) с q » 0: 1 - H»0, (< 2 Э); 2 - H=10 Э; 3 - H=1 кЭ; 4 - H=4,2 кЭ. При измерениях 1 и 5 образец был предварительно нагрет выше T_C в нулевом поле, измерения 2 - 4 выполнены после нагрева выше T_m в поле 4,2 кЭ.

Неожиданный значительный рост спиновых корреляций в масштабе до 200 Å наблюдается и при T Ј 150 K при охлаждении образца. Низко-температурная аномалия имеет гистерезис по температуре.

Обнаружена лево-правая асимметрия в рассеянии нейтронов, поляризованных по и против приложенного поля при 150К < T < T_m, обусловленная неупругим магнитным взаимодействием нейтронов в образце. Получена информация о намагничивании сплава вблизи T_m, о критическом рассеянии при T » T_C. Обсуждаются аномалии в рассеянии и смягчение магнитных возбуждений при 150К < T < T_m.

[1] В.В. Рунов, Ю.П. Черненков, М.К. Рунова, В.Г. Гаврилюк, Н.И. Главацкая, Письма в ЖЭТФ, 74, (12), 668-673 (2001).

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33