Кіріспе

Металл қорытпасының түрі Гейслер қосылыстары - бет ортасында орналасқан кубтық кристалл құрылымы бар магниттік интерметаллдар және XYZ (жартылай Гейслер) немесе X2YZ (толық Гейслер) құрамы, мұнда X және Y - өтпелі металдар, ал Z - p блогында. Термин 1903 жылы осындай қосылысты (Cu2MnAl) зерттеген неміс тау-кен инженері және химигі Фридрих Гейслер есімінен алынған. Гейслерлерді интерметалл ретінде түсіндіруден туындайды және негізінен Гейслер қосылыстарының магниттік қолданылуын зерттейтін әдебиетте қолданылады. XY2Z конвенциясы, екінші жағынан, көбінесе термоэлектрлік материалдарда және жарық өткізгіштік Heusler (HEUSLER-дің жартысы жартылай өткізгіш) қолданылатын мөлдір өткізгіш қосымшалар әдебиетінде қолданылады. Периодикалық кестедегі сол жақ элемент бірінші болып келетін бұл конвенция жартылай өткізгіш қосылыстардың Зинтл интерпретациясын қолданады, онда химиялық формула XY2Z электронегативтіліктің өсу тәртібімен жазылады. Тарихи түрде металл (жартылай металл) деп саналатын, бірақ жақында шағын саңылаулы жартылай өткізгіштер екені дәлелденген Fe2VAl сияқты белгілі қоспаларда екі стильдің де қолданылуын табуға болады. Осы мақалада жартылай өткізгіш қосылыстар кейде XY2Z стилімен аталуы мүмкін.

"Стойхиометриядан тыс" Хейслерлер

Дәстүрлі түрде XYZ және X2YZ композицияларында қалыптасады деп ойланғанымен, 2015 жылдан кейін жарияланған зерттеулер XY0.8Z және X1.5YZ сияқты атипиялық композициялармен Гейслер қосылыстарын анықтады және сенімді түрде болжады. Осы үштік композициялардан басқа, екілік жарты Heusler X2YY'Z2 (мысалы, Ti2FeNiSb2) және үштік жарты Heusler X2X'Y3Z3 деп аталатын төрттік Heusler композициялары бар. Тұрақты композициялар және осы қосылыстардың тиісті электрлік қасиеттері температураға өте сезімтал болуы мүмкін және олардың тәртіп бұзылулары жиі бөлме температурасынан төмен болады. X1.5YZ жартылай өткізгіш құрамы құрылымында екі рөлді (электрон беруші және қабылдағыш) атқаратын X ауыспалы металл арқылы тұрақтандырылады.

Магниттік қасиеттері

Ертедегі толық Гейслерлік қоспаның магниттілігі Cu2MnAl жылумен өңдеу мен құрамына байланысты айтарлықтай өзгереді. Оның бөлме температурасында қанығу индукциясы шамамен 8000 гаусс, бұл никель элементінен (шамамен 6100 гаусс) асып түседі, бірақ темірден (шамамен 21500 гаусс) кішірек. Алғашқы зерттеулер үшін қараңыз. 1934 жылы Брэдли мен Роджерс бөлме температурасындағы ферромагниттік фазаның L21 Strukturbericht типті толық реттелген құрылым екенін көрсетті. Бұл элементте баҡыр атомдарынан тұратын бастапқы кубтық тор бар, оның ортасында марганец пен алюминий орналасқан. Тор параметрі 5,95 Å. Балқытылған қорытпаның қатты температурасы шамамен 910 °C. Осы температурадан төмен салқындаған кезде ол тәртіпсіз, қатты, денеге бағытталған кубтық бета фазаға айналады. 750 °C-дан төмен температурада B2 реттелген тор формалары бастапқы кубтық мыс тормен қалыптасады, ол дененің ортасында ретсіз марганецті алюминийлі субтор орналасқан. 610 °C-тан төмен салқындату марганец пен алюминийдің суб-желтегінің L21 түріне қарай бұдан әрі ретке келуіне әкеледі. Стойхиометриялық емес қорытпаларда реттеу температурасы төмендейді, ал микропреципитаттар пайда болмайтын қорытпаның анелинг температурасының диапазоны стехиометриялық материалға қарағанда кішірек болады. Нейтронды дифракция және басқа да әдістер магниттік моменттің шамамен 3,7 Бора магниттондарының магнит атомдарында ғана болатындығын көрсетті. Бұл атомдар 4,2 Å арақашықтықта болғандықтан, спиндерді туралайтын алмасу өзара әрекеттесуі жанама болуы мүмкін және өткізгіш электрондар немесе алюминий мен мыс атомдары арқылы араласқан. Электрондық микроскопия зерттеулері температураны реттеу арқылы салқындату кезінде термиялық антифазалық шекаралар (ТАБ) пайда болатынын көрсетті, өйткені реттелген домендер кристалл тордың әртүрлі орталықтарында ядролық болады және олар жиі кездесетін жерде бір-бірімен қадамсыз болады. Бұл антиферромагниттік қабаттар қалыпты магниттік домен құрылымын толықтай алмастырады және егер олар қорытпаны қыздыру арқылы өсірілсе, APB-мен бірге қалады. Бұл стехиометриялық емес қорытпаның магниттік қасиеттерін қалыпты домендік құрылымы бар стехиометриялық қорытпаға қатысты айтарлықтай өзгертеді. Бұл құбылыс таза марганецтің антиферромагнит екендігімен байланысты, бірақ стехиометриялық қорытпада әсердің неге байқалмағаны белгісіз. Осыған ұқсас әсерлер ферромагниттік MnAl қорытпасындағы APB-да кездеседі. Кейбір Гейслер қосылыстары ферромагниттік пішін жады қорытпалары деп аталатын материалдардың қасиеттерін көрсетеді. Олар, әдетте, никель, марганец және галлийден тұрады және магнит өрісінде олардың ұзындығы 10% -ға дейін өзгеруі мүмкін.

Механикалық қасиеттері

Гейслер қосылыстарының механикалық қасиеттерін түсіну температураға сезімтал қолданбалар үшін (мысалы, термоэлектрлік) өте маңызды, олар үшін Гейслер қосылыстарының кейбір кіші кластары қолданылады. Алайда, әдебиетте эксперименттік зерттеулер сирек кездеседі. Шын мәнінде, бұл қоспалардың коммерцияландыруы материалдың қарқынды, қайталанатын жылу циклінен өту қабілетімен және тербелістерден жарылудан қорғану қабілетімен шектеледі. Сырқауға төзімділіктің тиісті өлшемі - материалдың қатаңдығы, ол әдетте басқа маңызды механикалық қасиетпен кері масштабта болады: механикалық беріктік. Бұл бөлімде біз Гейслер қорытпаларының механикалық қасиеттері туралы қолданыстағы тәжірибелік және есептеу зерттеулерін атап өтейміз. Мұндай құрамда әртүрлі материал класының механикалық қасиеттері қоспалардың химиялық құрамына байланысты болады, сондықтан механикалық қасиеттердегі үрдістерді жеке-жеке зерттеусіз анықтау қиын. Жартылай Гейслер қорытпаларының серпімділік модулі 83-207 ГПа аралығында, ал жалпы модулі HfNiSn-де 100 ГПа-дан 130 ГПа-ға дейін TiCoSb-де кішірек аралықта. Температураға қатысты модульдің төмендеуі TiNiSn, ZrNiSn және HfNiSn-де де байқалады, мұнда ZrNiSn-нің модулі жоғары, ал Hf-нің модулі төмен. Бұл құбылысты эластикалық модульдің атомдар аралық бөлінудің артуымен төмендеуімен түсіндіруге болады: температураның артуымен атомдық тербелістер де артады, нәтижесінде атомдар аралық бөлінудің теңгерімінің үлкендігі болады. Механикалық беріктігі де Гейслер қоспаларында сирек зерттеледі. Бір зерттеуде материалдың стехиометриялық Ni2MnIn-де 773 K-те ең жоғары беріктігі 475 МПа-ға жетеді, ал 973 K-те 200 МПа-дан төмен түседі. Басқа зерттеуде Ni Sn Mn үштік композициялық кеңістігінен тұратын поликристалликалық Гейслер қорытпасының ең жоғары қысым беріктігі шамамен 2000 МПа-ға дейін пластикалық деформациямен 5% -ға дейін төмендейді. Алайда, Ним Сн тернарлы қорытпасына Индийді қосу, үлгілердің пішінділігін ғана арттырмай, сонымен қатар 500 МПа-ға дейін қысым беріктігін төмендетеді. Зерттеуден индий қосылуынан пайда болған көпіршіктіліктің қанша пайызы беріктікті азайтатыны анық емес. Бұл қатты ерітінділерді күшейтуден күтілетін нәтижеге қарама-қарсы екенін ескеріңіз, онда үштік жүйеге индий қосу ерітінділердің арақатынасы арқылы дислокация қозғалысын баяулатады және кейіннен материалдың беріктігін арттырады. Сынған беріктікті композициясын өзгерту арқылы да реттеуге болады. Мысалы, Ti1−x(Zr, Hf) xNiSn орташа қаттылығы 1,86 МПа м1/2 -ден 2,16 МПа м1/2 -ге дейін, Zr/Hf құрамына қарай артады. Олардың зерттеуінде Ti0.5Hf0.5Co0.5Ir0.5Sb1−xSnx үлгілері үш түрлі әдіспен дайындалды: жоғары температурадағы қатты күйдегі реакция, жоғары энергиялы доңғалақты ұнтақтау және екеуінің де комбинациясы. Зерттеу барысында 2,7 МПа м1/2 - 4,1 МПа м1/2 жоғары энергиялы шармен ұнтақталғаннан кейін дайындалған үлгілердің сынған кездегі беріктігі 2,2 МПа м1/2 - 3,0 МПа м1/2 шарымен ұнтақталғаннан кейін алынған үлгілерге қарағанда жоғары екендігі анықталды. NiMnSb-мен байланысты. Жартылай металлдық өткізгіш электрондардың толық поляризациясына әкеледі. Сондықтан жартылай металл ферромагниттер спинтрониканың қолдануы үшін перспективалы.