M (emu/g)
Moment (B)
140
120
100
45 50a
55
80
60
65
60
70 75
80
40
85
90
20
m=1.96 mg
95
100a
0
20000
40000
60000
80000
T (K)
4.5
4.5
Pure phase With second
4.0
phase
4.0
A
3.5
3.5
3.0
2.5 Ni50Mn25-xFexGa25
晶体结构转变：非原子扩散——马氏体相变
马氏体相变
马氏体转变：非原子扩散型 结构对称性的改变
Bain模型：晶胞：立方→四方
形状记忆效应
降低温度
施加外应力
母相 (奥氏体)
马氏体
马氏体变体重排
升高温度
形状记忆的应用
形状记忆 传统形状记忆合金：NiTi
双向形状记忆效应
双向形状记忆
超弹性
施加外力
母相 (奥氏体)
70
60
50
40
30
30K (after 700K)
2030K (Biblioteka 2)30 K 100
-10
-1
0
1
2
3
4
5
H (T)
FeMnGa 磁性形状记忆合金
第二代磁相变材料 的第二个家庭成员: FeMnGa
我的学生发现的。 来源于一种模糊的 思维
两相磁性反置：更适合
磁熵变的应用
磁场驱动相变能力 高相变形变
strain(ppm)
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
-5000
100
150
200
250
T(k)
这不太盲目了吗？
1）磁性：TbFe2，NdFeB，FeGa
2）超导：MgB2，LaOFeAs 3）磁相变材料 4）左手材料，半金属，拓扑绝缘体 5）物理追求数学的完美，面对复杂的实际环境过于单纯
2）新材料的发现主要是新思路的产生
3）好奇心，问为什么，教育到科研的转变
4）许多现象没有认真被想过
D-metal
5）许多潜藏的新现象，新性质，新理论还在睡大觉
M (emu/g)
M (emu/g)
120
100
80
60
Fe2MnGa
40
phase
DO19
20
B2
0 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
Field (Oe)
相 (fcc) 亚-亚磁驱转变 B2相 (bcc) 铁磁，亚-亚， DO19相 (hcp) 亚铁磁
80
材料制备的方法
Ac susceptibility(a. u.)
2.0
M s
Volum fraction m (%)
1.6
0
A
f
20
1.2 40
0.8
0.4
M f
材料性质的检测方法 (a) 60 cooling 80 heating
A
100
0.0
s
300 305 310 315 320 325
Temperature (K)
B 3.0
C 2.5
2.0 0
2.0 5 10 15 20 25
Fe content (x)
磁性形状记忆合金：Ni2MnGa
第一代铁磁性形状记忆合 金的诞生
1998：美国人和乌克兰人 Webster ：1986
我们的工作:可回复磁感生应变
Magnetic field-induced strain MFIS
变形马氏体变
去除外力
超弹性
磁性形状记忆合金（FMSA）
马氏体相变
铁磁性
FMSA
Chi (a. u.)
12000
10000
8000
6000 4000 2000
000918II皮 50.5-24.5-25 从 378K到 78K
再 到近室温
0
50 100 150 200 250 300 350 400
磁性相变材料的研究
研究方向:新材料探索
1）磁致伸缩材料：TbDyFe，FeGa 2）稀土金属间化合物，TbFe11Ti，Tb2Fe17 3）磁性形状记忆合金材料, NiMnGa，NiFeGa 4）Ni2In-TiNiSi, 磁性相变材料 5）半金属材料 6）新型磁性材料探索（磁相变材料）
磁性（一）
(b)
300k
Annealed (220) peak FWHM=0.253o 2-Theta=43.99o
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
(422)
(400)
(422)
(022)
(202)
(220)
70K
270K
(224)
(422) (242)
(004)
(040)
(224)
MnII
MnII
Mn2Co0.5Ni0.5Ga
Co Mn2Co0.5NiGa0.5
物理机制：
RKKY Stearns模型 自旋极化波
还有木有？
前人发现的是NiMn基的Heusler合金
CoMn基至今未发现马氏体相变性质，都是 强铁磁性
FeMn基磁性比CoMn弱，比NiMn强，有新 材料吗？
杂相丛生的Fe2MnGa
居里温度窗口：MMX合金
MnNi1-xFexGe
Mn1-xFexNiGe
居里温度窗口：MMX合金
研究结果最近发表在Nature Communications杂志上
我国的知识产权也是主权
材料是强国之本
结论
Fe2NiGa Mn2NiGa
Fe2MnGa MMX TcW
1）起步可以跟着别人，但最终要超过
T/C
1000 900
TG-up TG-down DSC-up DSC-down Linear Fit of order-up
Polynomial Fit of TG-down
800
a
700
Co Fe Ge
50 50-x x
600 0
5
10
15
20
25
Ge x
马氏体相变结构分析
1）陈家华的工作 2）MMX合金的相变 3）结构变化
磁性起源和磁结构：
1）电荷运动产生磁性 2）自旋磁矩和轨道磁矩 3）原子磁矩，磁结构 4）顺磁性，铁磁性和反 铁磁性
磁性（二）
7）技术磁化效应：磁畴， 磁滞回线，饱和磁化强度， 剩磁和矫顽力 8）软磁和硬磁 永磁电机和微波材料
磁畴
相变
从某一物质结构转变成另一物质结构 水结冰，蒸汽（固-液-气）
固态相变：析出 原子占位有序化：CuAu合金，Heusler合金
(022) (202)(220)
(224)
(242)
(422)
(214)
(331)(040)
(040)
(400)
(302)
(222)
(311)
20
30
40
50
60
70
80
90
2 (degree)
R*1000 （欧 ）
110
100
heating 90
80
cooling
70
60
50
100 150 200 250 300
使磁驱相变成为可能:NiCoMnSb
Ni
Co
NiCoMnGa Mn2CoNiGa Mn2NiCoSn
对称破缺和材料设计
Molecular moment ( ) B M (emu/g)
为什么Co的作
用这么神奇？
6
Mn Co NiGa 100
2 0.5
0.5
5
Mn Co Ni Ga 2 0.5 0.5
50
40 0 15 30 45 60 H (KOe)
3
2
Mn Co NiGa
2x
1-x
Mn Co Ni Ga 2 x 1-x
1 0.16 0.24 0.32 0.40 0.48 0.56
Co content (x)
di 电子的交换作用
A
D Ga
C Ni
B MnⅡ
A MnⅠ
2.56 Å
MnI
Co
MnI
磁场控制的形状记忆
磁性形状记忆合金 CoNiAl , Ga
家族的老二： CoNiGa,Al
2000~2001 美国人、日本人 和乌克兰人发现
1. Manfred Wuttig et al. Scripta Materialia, 2001 2. K. Oikawa et al. APL 79, 3290 (2001) 3. H. Morito et al 4. APL 81, 1658 (2002) 5. V.A. Chernenko et al. Scripta Materialia 50, 225 (2004)
(422)
(400)
(214)
(222)
(022) (311)
(214)
(220)
50K
150K
(214) (422) (224)
(004)
(400)
(214) (422) (224)
(222)
(311)