Сплав с тремя лицами экспресс
Металлический брусок при нагреве вдруг становится жёстким, а заодно теряет или приобретает магнитные свойства. В сплавах на основе никеля и марганца такие превращения происходят не плавно, а скачком — атомы перестраиваются в новый порядок, и материал меняет своё поведение. В этой работе исследовали четыре очень близких состава Ni-Mn-Cu-Ga, где доля меди отличалась всего на доли процента. Этого хватило, чтобы получить три разных сценария: в одном случае сначала исчезал магнетизм, а потом менялась решётка, в другом — наоборот, а в третьем оба события происходили одновременно.
Главная хитрость — новый термодинамический анализ. Обычно температуру магнитного перехода (точку Кюри) и температуру перестройки решётки измеряют по отдельности, но здесь они влияют друг на друга. Авторы учли, как изменение кристаллической структуры меняет силу взаимодействия между спинами электронов — тот самый обменный параметр, который определяет, будет ли материал магнитом. Оказалось, что для одного и того же сплава точка Кюри в высокотемпературной фазе (аустените) и в низкотемпературной (мартенсите) отличается больше чем на 50 градусов. Один и тот же кусок металла имеет два разных «магнитных характера» в зависимости от того, как сложены его атомы.
Практическая польза метода в том, что он позволяет вытащить скрытые температуры переходов из стандартных измерений намагниченности. Раньше для этого требовались сложные эксперименты, а теперь достаточно проследить, как меняется магнитный отклик при нагреве, и применить новый расчёт. Это важно для точной настройки ферромагнитных сплавов с памятью формы — материалов, которые могут изгибаться и возвращаться обратно под действием магнитного поля. Их используют в микроприводах, датчиках и даже в медицинских инструментах, где нужны бесшумные движения без моторов.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.08920
Ferromagnetic solids acquire nontrivial magnetic and caloric properties when the temperature of the structural phase transition approaches the Curie point. Deciphering magneto-structural transitions, i.e. determining their characteristic temperatures and elucidating the related properties, remains challenging. In the present paper, three types of transformational behaviour of Ni50Mn25-xCuxGa25 (x = 6.25, 6.5, 6.75, 7) and Ni50.5Mn18.5Cu6.5Ga24.5 alloys have been identified, arising from small variations in chemical composition: (i) structural martensitic transformation (MT) in the ferromagnetic phase; (ii) magneto-structural phase transition from paramagnetic austenite to ferromagnetic martensite; (iii) MT in paramagnetic phase. The temperature-dependent values of magnetization, M(T), and of magnetic susceptibility, $$\chi(T)$$, were measured for each alloy. A novel thermodynamic analysis was used to determine the Curie points and MT temperatures. The novelty lies in considering the interplay between structural and magnetic characteristics of the alloys through the impact of the structural transition on the spin-exchange parameter. The theoretical analysis of experimental data revealed that this impact results in a large difference ($$\geq$$ 50 K) between the Curie temperatures computed for the austenitic and martensitic states of each alloy. The characteristic temperatures, corresponding to the extrema of the dM(T)/dT and $$\chi(T)$$ functions, were calculated. The correlation of these temperatures with the Curie temperatures and the MT temperatures is not straightforward and depends strongly on the type of transformational behaviour (i) - (iii). The proposed approach provides a robust framework for extracting unmeasurable characteristic temperatures from standard magnetization data, applicable to ferromagnetic Heusler systems and other multiferroic ferromagnetic materials.
Сплавы Ni-Mn-Ga могут удлиняться на 10% под действием магнитного поля — это гигантская деформация для твёрдого тела, сравнимая с растяжением резины, но при этом они остаются прочными как сталь.