nimnsn合金的相变和磁性研究【字数：8853】
摘 要交换偏置场是一种界面效应，其大小强烈依赖于界面自旋构型、各向异性、反铁磁自旋取向以及冷却场、界面粗糙度等因素都会对交换偏置场产生影响。通过结构和磁性测量，研究Mn50N50-xSnx（5≤x≤25）合金的零场冷交换偏置与多临界点的关系。结果表明（1）随着Sn含量的增加，马氏体转变温度逐渐降低。随着Sn含量的增加，可以看到奥氏体相的主峰（220）和马氏体相的主峰（022）均向小角度方向偏移，这表明了Sn的增加使晶胞体积增大，这可能是因为Sn的原子半径大于Mn原子。（2）Sn的增加可以使奥氏体相更加稳定，但是这不利于交换偏置效应的产生，因为交换偏置需要复杂的磁相耦合。（3）这些结果说了随着Sn含量的增加，体系的铁磁相互作用增强，零场冷交换偏置效应只有在合适的铁磁/反铁磁相互作用中才能产生。（4）Sn的增加使体系的铁磁耦合作用变强。铁磁作用太强或反铁磁作用太强都不利于零场冷交换偏置效应的产生。只有在合适的铁磁与反铁磁相互作用比例的合金中才能产生零场冷交换偏置效应。
目 录
1. 绪论 6
1.1 简介 6
1.2 交换偏置现象学 6
1.2.1 基本现象学 6
1.2.2 锻炼效应 7
1.2.3 小回路效应 10
1.3合金和金属间化合物的交换偏压效应 10
1.3.1 二元合金 10
1.3.2Heusler合金 11
1.4 小结 13
2.材料的制备及性能的表征 15
2.1 样品制备 15
2.2 性能表征 15
2.2.1 X射线衍射（XRD） 15
2.2.2综合物性测量系统（PPMS） 15
2.2.3能谱仪（EDS） 16
3.结果讨论 17
总 结 23
参考文献 24
致 谢 26
1.绪论
1.1 简介
1956年Meiklejohn和Bean发现，当Co/CoO核壳纳米粒子在静态磁场中冷却时，磁滞回线在低温下沿磁场轴偏移[1, 2]，这种现象被称为交换偏置效应。在铁磁和反铁磁物质组成的系统中，当铁磁物质的居里温度 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
高于对应的反铁磁物质的奈尔温度，人们可以观察到交换偏置效应。交换偏置效应的典型表现为：将样品放置于一定温度的静磁场中，通过TN使其冷却到低温度，反铁磁自旋周围的铁磁自旋会被耦合到未补偿的反铁磁自旋。这种耦合导致磁滞回线的位移，会导致扭矩曲线中的sinθ分量和高场旋转滞后[3]。
后来，人们又在硬FM和软FM分层系统的组合发现了交换偏置效应，一种是通过它们之间的非磁性中间层耦合[27–29]，另一种是直接通过交换耦合[2326]。分层结构和具有核壳纳米结构的纳米颗粒是研究交换偏置效应的主要方向。但是，不同接口界面的复杂程度不同导致基于宏观或现象学模型的理论解释不够充分。现在，交换偏置效应主要应用在记录设备的读头[3954] 和磁阻随机存取存储器（MRRAM）[5576]。
目前，交流偏执效应的研究主要集中在合金、金属间化合物和氧化物中。在特定情况下，可以用磁化或磁阻等宏观实验方法研究交换偏置效应。本篇报告中，我们将回顾单相合金、金属间化合物和氧化物中的交换偏置现象并研究Mn50N50xSnx（5≤x≤25）合金的零场冷交换偏置与多临界点的关系。
在本节（第1节）之后，第2节将简要讨论电子现象学。第三节综述了交换偏置在合金和金属间化合物中作用的实验结果。
1.2交换偏置现象学
1.2.1基本现象学
从软、硬磁性物质间界面的内在效应引起的磁滞回位移的表现所获得的实验证据上，我们可以明确了解交换偏置效应的现象学[4–16, 18–22]。图1（d）显示当软、硬磁性物质组成的样品在冷却过程中暴露在静磁场时的位移磁滞回线。图1（c）显示当样品在零场中冷却时，位移磁滞回线不存在偏移。在正冷却场中，位移磁滞回线沿负方向场轴移动；在负冷却场中，位移磁滞回线沿负方向场轴移动。图1（a）显示了简化的FM / AFM双层结构，其中FM和AFM物质代表软磁和硬磁物质。图1（b）显示FM / AFM双层之间出现一个新层，钉扎调频层。当样品在静场中通过TN从温度TN < T < TC冷却到低温（T << TN）时，钉扎调频自旋组成钉扎调频层，并引起磁滞回线的位移。图1（e）和（f）为扭矩磁强计图的典型示例，其中θ表示单向各向异性具有单个最小能量状态的情况。
图1.（a）双层FM/AFM结构和；（b）双层结构中的场冷却引起的交换偏置效应的示意图，在界面处出现新的钉住铁磁（PFM）层；（c）无位移；（d）环位移；（e）单轴和（f）单向各向异性，用于在零场和静态磁场中冷却样品
1.2.2锻炼效应
锻炼效应是指磁化反转回路之间的差异，它是交换偏置系统中常见的实验现象。可以通过在场冷却后在低温下连续的场循环来研究锻炼效应。HE或ME的减少满足以下公式：
????
????
?
????
????
∞
∝
????
?1/2
（1）
其中λ是环指数，HE∞是λ=∞的值。存在两种锻炼效应：（1）λ<2时的交换偏置效应降低[97]。（2）λ?2时的交换偏置效应降低[19，21]。图2和图3分别显示了Nd0.8Sr0.2CoO3的磁滞回线[98]和MR曲线[99]中的锻炼效应。图中插图中的箭头突出显示了HE的减少。图2和图3右侧插图中的连续曲线显示了实验数据的结果，其中方程（1）表示λ?2。Binek借助一个离散化的朗道哈拉特尼科夫方程提出了锻炼效应的广义解释[100]，其中连续时间参数被λ替换，并得出了他的一般递推公式[101]:
????
????
(λ+1)
????
????
λ
=γ
????
????
λ
?
目 录
1. 绪论 6
1.1 简介 6
1.2 交换偏置现象学 6
1.2.1 基本现象学 6
1.2.2 锻炼效应 7
1.2.3 小回路效应 10
1.3合金和金属间化合物的交换偏压效应 10
1.3.1 二元合金 10
1.3.2Heusler合金 11
1.4 小结 13
2.材料的制备及性能的表征 15
2.1 样品制备 15
2.2 性能表征 15
2.2.1 X射线衍射（XRD） 15
2.2.2综合物性测量系统（PPMS） 15
2.2.3能谱仪（EDS） 16
3.结果讨论 17
总 结 23
参考文献 24
致 谢 26
1.绪论
1.1 简介
1956年Meiklejohn和Bean发现，当Co/CoO核壳纳米粒子在静态磁场中冷却时，磁滞回线在低温下沿磁场轴偏移[1, 2]，这种现象被称为交换偏置效应。在铁磁和反铁磁物质组成的系统中，当铁磁物质的居里温度 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
高于对应的反铁磁物质的奈尔温度，人们可以观察到交换偏置效应。交换偏置效应的典型表现为：将样品放置于一定温度的静磁场中，通过TN使其冷却到低温度，反铁磁自旋周围的铁磁自旋会被耦合到未补偿的反铁磁自旋。这种耦合导致磁滞回线的位移，会导致扭矩曲线中的sinθ分量和高场旋转滞后[3]。
后来，人们又在硬FM和软FM分层系统的组合发现了交换偏置效应，一种是通过它们之间的非磁性中间层耦合[27–29]，另一种是直接通过交换耦合[2326]。分层结构和具有核壳纳米结构的纳米颗粒是研究交换偏置效应的主要方向。但是，不同接口界面的复杂程度不同导致基于宏观或现象学模型的理论解释不够充分。现在，交换偏置效应主要应用在记录设备的读头[3954] 和磁阻随机存取存储器（MRRAM）[5576]。
目前，交流偏执效应的研究主要集中在合金、金属间化合物和氧化物中。在特定情况下，可以用磁化或磁阻等宏观实验方法研究交换偏置效应。本篇报告中，我们将回顾单相合金、金属间化合物和氧化物中的交换偏置现象并研究Mn50N50xSnx（5≤x≤25）合金的零场冷交换偏置与多临界点的关系。
在本节（第1节）之后，第2节将简要讨论电子现象学。第三节综述了交换偏置在合金和金属间化合物中作用的实验结果。
1.2交换偏置现象学
1.2.1基本现象学
从软、硬磁性物质间界面的内在效应引起的磁滞回位移的表现所获得的实验证据上，我们可以明确了解交换偏置效应的现象学[4–16, 18–22]。图1（d）显示当软、硬磁性物质组成的样品在冷却过程中暴露在静磁场时的位移磁滞回线。图1（c）显示当样品在零场中冷却时，位移磁滞回线不存在偏移。在正冷却场中，位移磁滞回线沿负方向场轴移动；在负冷却场中，位移磁滞回线沿负方向场轴移动。图1（a）显示了简化的FM / AFM双层结构，其中FM和AFM物质代表软磁和硬磁物质。图1（b）显示FM / AFM双层之间出现一个新层，钉扎调频层。当样品在静场中通过TN从温度TN < T < TC冷却到低温（T << TN）时，钉扎调频自旋组成钉扎调频层，并引起磁滞回线的位移。图1（e）和（f）为扭矩磁强计图的典型示例，其中θ表示单向各向异性具有单个最小能量状态的情况。
图1.（a）双层FM/AFM结构和；（b）双层结构中的场冷却引起的交换偏置效应的示意图，在界面处出现新的钉住铁磁（PFM）层；（c）无位移；（d）环位移；（e）单轴和（f）单向各向异性，用于在零场和静态磁场中冷却样品
1.2.2锻炼效应
锻炼效应是指磁化反转回路之间的差异，它是交换偏置系统中常见的实验现象。可以通过在场冷却后在低温下连续的场循环来研究锻炼效应。HE或ME的减少满足以下公式：
????
????
?
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∞
∝
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?1/2
（1）
其中λ是环指数，HE∞是λ=∞的值。存在两种锻炼效应：（1）λ<2时的交换偏置效应降低[97]。（2）λ?2时的交换偏置效应降低[19，21]。图2和图3分别显示了Nd0.8Sr0.2CoO3的磁滞回线[98]和MR曲线[99]中的锻炼效应。图中插图中的箭头突出显示了HE的减少。图2和图3右侧插图中的连续曲线显示了实验数据的结果，其中方程（1）表示λ?2。Binek借助一个离散化的朗道哈拉特尼科夫方程提出了锻炼效应的广义解释[100]，其中连续时间参数被λ替换，并得出了他的一般递推公式[101]:
????
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(λ+1)
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λ
=γ
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λ
?
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