鐵磁準(zhǔn)同型相界與Laves相稀土合金磁致伸縮效應(yīng)

楊　森，周　超，任曉兵，宋曉平

(1.西安交通大學(xué)理學(xué)院 物質(zhì)非平衡合成與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049)(2.西安交通大學(xué) 前沿科學(xué)技術(shù)研究院，陜西 西安 710049)

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鐵磁準(zhǔn)同型相界與Laves相稀土合金磁致伸縮效應(yīng)

楊森1，周超1，任曉兵2，宋曉平1

(1.西安交通大學(xué)理學(xué)院 物質(zhì)非平衡合成與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049)(2.西安交通大學(xué) 前沿科學(xué)技術(shù)研究院，陜西 西安 710049)

摘要：磁致伸縮材料是制造換能器和傳感器的重要磁性功能材料。此前，在鐵電材料中，通過將材料成分控制在準(zhǔn)同型相界，獲得了大壓電效應(yīng)。因此根據(jù)鐵磁與鐵電材料表現(xiàn)出的物理效應(yīng)的相似性，可以期待在鐵磁材料中構(gòu)建準(zhǔn)同型相界，獲得磁場導(dǎo)致的奇異應(yīng)變特性。本文歸納了已發(fā)現(xiàn)的基于準(zhǔn)同型相界而構(gòu)建的Laves相稀土合金體系Tb1-xDyxCo2，Tb1-xGdxCo2和Tb1-xGdxFe2，總結(jié)了其磁致伸縮效應(yīng)和其他物理性能與準(zhǔn)同型相界的關(guān)系，3個體系在MPB處表現(xiàn)出3種不同的磁致伸縮效應(yīng)：Tb1-xDyxCo2表現(xiàn)出大磁致伸縮、大磁導(dǎo)率，Tb1-xGdxCo2表現(xiàn)出弱磁致伸縮、大磁導(dǎo)率，而Tb1-xGdxFe2在MPB并沒有發(fā)現(xiàn)特殊的效應(yīng)。在鐵電材料中，在MPB處各類場致應(yīng)變效應(yīng)都得到顯著增強(qiáng)，因此鐵磁材料與鐵電材料的準(zhǔn)同型相界效應(yīng)還有顯著不同，還需要更加深入的研究來揭示其作用機(jī)理。

關(guān)鍵詞：鐵磁；準(zhǔn)同型相界；磁致伸縮效應(yīng)；相變

1前言

磁致伸縮效應(yīng)是指磁性材料在外加磁場作用下的伸長或縮短，該類材料是制造換能器和傳感器的重要磁性功能材料，并在國民經(jīng)濟(jì)與國防領(lǐng)域關(guān)鍵部件和核心系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，如低頻大功率水聲換能器、微位移移動機(jī)器人、高精度對地觀察衛(wèi)星等[1-2]。因此，磁致伸縮材料作為一種重要的智能材料，已列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中，成為國家科技發(fā)展重點(diǎn)研究內(nèi)容之一[3]。

隨著現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)和國防技術(shù)對微位移控制系統(tǒng)的大行程和高精度的要求日益提高，迫切需要開發(fā)高性能磁致伸縮材料。設(shè)計和制備高性能磁致伸縮材料亟須新的原理，這成為當(dāng)前國內(nèi)外本領(lǐng)域研究人員的共識。

2研究現(xiàn)狀

目前，磁致伸縮材料的研究主要集中在以下3類材料上：(1)稀土鐵磁磁致伸縮材料(如Terfenol-D合金)，其室溫磁致伸縮量高達(dá) 2 000 ppm，且該材料磁致伸縮響應(yīng)外磁場頻率高，極大地拓展了磁致伸縮材料的應(yīng)用領(lǐng)域；但其脆性和磁致應(yīng)變滯后大，難于實(shí)現(xiàn)高精度位移控制[4-5]。(2)具有形狀記憶效應(yīng)的磁性馬氏體合金(如Ni2MnX型Heusler合金)，其磁致伸縮量約為 3～10%；但該材料的磁致應(yīng)變效應(yīng)來源于馬氏體變體重排，難以避免大滯后和低能量密度的缺陷，致使電磁能和機(jī)械能之間的高效轉(zhuǎn)化難以實(shí)現(xiàn)[6-7]。(3)Fe-Ga 類合金，雖然該材料具有低飽和磁化場、優(yōu)良加工塑性、磁致應(yīng)變的滯后小等優(yōu)點(diǎn)，但該材料磁致伸縮量小(約為300 ppm)，這限制了其應(yīng)用控制器件的輸出位移和功率[8]。

準(zhǔn)同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)是指溫度-成分相圖上兩種具有不同晶體結(jié)構(gòu)相的邊界，且這兩種不同晶體結(jié)構(gòu)相具有相同的高溫母相，如圖 1 所示相圖。在相圖上，MPB是一種特殊的相界，因其兩邊相的晶體結(jié)構(gòu)僅有很小的差別，所以被稱之為“準(zhǔn)同型”相界。具有MPB相界的相圖有兩個顯著特點(diǎn)：①M(fèi)PB相界一端起源于三相點(diǎn)；②MPB相界較為豎直。數(shù)學(xué)上，MPB體系的Landau自由能可表示為序參量η、應(yīng)變e和成分x的函數(shù)[9]：

F(η,e,x)=Aη2+B(x)η4+Cη6+Fcouple(η,e)

在MPB處B(x)項(xiàng)近似為零，這樣數(shù)學(xué)求解后MPB 相界處兩邊結(jié)構(gòu)相的自由能差別很小，如圖1右圖自由能曲線所示，從而導(dǎo)致極小的相變滯后。

圖1　準(zhǔn)同型相界(MPB)原理圖Fig.1　Schematic illustration of MPB principle

調(diào)節(jié)材料組分使系統(tǒng)處于MPB相界處，此時兩個相態(tài)的自由能大小近似相同，體系就處于一種極不穩(wěn)定的熱力學(xué)狀態(tài)(結(jié)構(gòu)失穩(wěn))，從而表現(xiàn)出對外場響應(yīng)最大、靈敏度最高的特性。因此，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的物理性質(zhì)(比如壓電效應(yīng)、磁致伸縮等)，也處于高靈敏的狀態(tài)[10]；也就是說，施加一個較小的物理場，即可獲得較大的物理響應(yīng)，且該物理響應(yīng)滯后小。最典型的MPB 發(fā)生在鐵電體鋯鈦酸鉛系(PbZrO3-PbTiO3，PZT)相圖中, 由于在MPB附近能產(chǎn)生顯著的壓電性能(其壓電系數(shù)d33高達(dá)593 pC/N)[11]，所以研究準(zhǔn)同型相界的物理機(jī)制以及構(gòu)造新的MPB已成為開發(fā)高性能壓電材料極為有效的技術(shù)途徑之一。最近，利用MPB原理，作者團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出巨壓電性能的新型無鉛壓電材料[12]。

鑒于鐵磁與鐵電材料的理論模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的諸多相似性，最近幾年國內(nèi)外研究者開始嘗試借鑒鐵電研究領(lǐng)域中的準(zhǔn)同型相界[13-14]原理來研發(fā)高性能磁致伸縮材料，并取得了突破性進(jìn)展。

3三類鐵磁MPB及對應(yīng)的磁致伸縮效應(yīng)

研究基于準(zhǔn)同型相界的Laves相稀土合金的磁致伸縮效應(yīng)，首先需要明確構(gòu)建MPB體系的方法。此前，通過同步X射線衍射已經(jīng)確認(rèn)，對于Laves相結(jié)構(gòu)稀土合金，其自發(fā)磁化Ms的取向?qū)ΨQ性與晶體結(jié)構(gòu)對稱性一致[15]。因此，可以通過Ms取向選擇構(gòu)建MPB體系的端點(diǎn)物質(zhì)，即選取Ms沿111方向和Ms沿100方向的Laves相稀土化合物構(gòu)建磁性MPB體系。下面，將介紹依據(jù)此方法構(gòu)建的3個磁性MPB體系Tb1-xDyxCo2，Tb1-xGdxCo2和Tb1-xGdxFe2，以及這3個體系的成分與性能尤其是磁致伸縮效應(yīng)的關(guān)系(這3個體系的實(shí)驗(yàn)樣品皆通過傳統(tǒng)的真空電弧熔煉法制備)。

3.1Tb1-xDyxCo2體系的磁致伸縮效應(yīng)與其他物理效應(yīng)

圖2a所示為Tb1-xDyxCo2體系的成分-溫度相圖。其中，居里溫度和MPB界溫度(菱方相Rhombohedral和四方相Tetragonal之間的相變溫度)由圖2b和圖2c所示的同步X射線衍射圖譜與磁導(dǎo)率溫譜曲線確定。從圖中可以看到，該體系在高溫區(qū)域?yàn)榱⒎骄?；在低溫區(qū)域，TbCo2側(cè)為菱方晶向?qū)ΨQ性，而DyCo2側(cè)為四方晶向?qū)ΨQ性。在中間區(qū)域，兩相交界處為準(zhǔn)同型相界MPB。

圖2　Tb1-xDyxCo2相圖(a)、同步X射線衍射譜(b)、磁導(dǎo)率-溫度曲線(c)Fig.2　Phase diagram(a), X-ray diffraction patterns(b) and magnetic susceptibility -T curves (c) of Tb1-xDyxCo2

圖3　MPB成分Tb0.3Dy0.7Co2不同溫度下的原位同步X射線衍射圖譜(a)和晶格常數(shù)(b)Fig.3　In-situ synchrotron XRD patterns (a) and lattice parameters (b) of MPB composition Tb0.3Dy0.7Co2 at different temperature

根據(jù)相圖可以確定不同溫度下的MPB成分，比如在110 K，MPB成分為Tb0.3Dy0.7Co2，后文簡寫為0.7 Dy。對該成分測試了不同溫度下的晶格結(jié)構(gòu)對稱性，如圖3a所示：0.7 Dy成分150 K的X射線衍射圖譜中，222峰發(fā)生劈裂，800峰沒有發(fā)生劈裂，表明晶體結(jié)構(gòu)為菱方R相；在90 K，222峰不發(fā)生劈裂，而800峰發(fā)生劈裂，表明晶體結(jié)構(gòu)為四方T相；在90 K與150 K之間的110 K，222峰與800峰可以很好地擬合為菱方R相與四方T相的疊加，說明在MPB處于兩相共存狀態(tài)。圖3b所示為根據(jù)X射線衍射譜確定的0.7 Dy在不同溫度下的晶格常數(shù)。

進(jìn)一步測試了MPB成分0.7 Dy與附近其他成分在相同溫度(110 K)下的各種物理性能并進(jìn)行了比較，如圖4所示分別為：(a)磁導(dǎo)率，(b)磁化強(qiáng)度，(c)矯頑磁場，(d)磁致伸縮，(e)品質(zhì)因子?？梢钥吹?，0.7 Dy在110 K表現(xiàn)出最大的磁導(dǎo)率、最小的矯頑磁場、最高的品質(zhì)因子。與附近的兩個成分0.5 Dy和0.9 Dy比較，0.7 Dy的磁滯回線表現(xiàn)出最小的滯后效應(yīng)(圖4f)。這些數(shù)據(jù)表明MPB成分0.7Dy樣品，與遠(yuǎn)離MPB的其他成分樣品相比較，磁疇在外磁場下更容易發(fā)生轉(zhuǎn)動。

圖4　各種磁性能參數(shù)隨成分變化的趨勢(a-e)； 各成分的磁滯回線(f)；各成分的磁致伸縮效應(yīng)(g)Fig.4　Composition dependences of various magnetic properties (a-e); M-H hysteresis loops(f) and magnetostriction(g) of different compositions

這里需要特別說明的是，該體系的磁致伸縮效應(yīng)，如圖4g所示，在110 K溫度下，0.7 Dy表現(xiàn)出接近900 ppm的磁致伸縮，而遠(yuǎn)離MPB的成分0.6 Dy和0.8 Dy分別為600 ppm和100 ppm。即在MPB處，磁致伸縮得到了顯著的增強(qiáng)。該效應(yīng)被認(rèn)為是類似鐵電MPB，鐵磁體系在MPB處對應(yīng)著R相和T相共存的狀態(tài)，而且兩相間的能壘較低，因此外場下容易發(fā)生場致應(yīng)變，表現(xiàn)出大的磁致伸縮效應(yīng)[16]。

3.2Tb1-xGdxCo2體系的磁致伸縮效應(yīng)與其他物理效應(yīng)

Tb1-xGdxCo2體系是繼Tb1-xDyxCo2體系之后第二個報道存在MPB的磁性體系，也表明鐵磁體系中MPB的存在不是特例，而是普遍的。Tb1-xGdxCo2與Tb1-xDyxCo2體系的化學(xué)組成相似，由Ms沿111方向的TbCo2和Ms沿100方向的GdCo2組成。該體系相圖如圖5a所示。其中，順磁相-鐵磁相的相變溫度-居里溫度點(diǎn)，由磁化強(qiáng)度-溫度曲線(圖5b)確定。在居里溫度以下的晶體結(jié)構(gòu)對稱性，通過同步X射線衍射譜確定(圖5c)。

圖5　Tb1-xGdxCo2的成分-溫度相圖(a)， 0.5 Gd, 0.8 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd的磁化強(qiáng)度-溫度曲線(b)、同步X射線衍射譜(c)、晶格常數(shù)(d)Fig.5　Composition-temperature phase diagram of Tb1-xGdxCo2 (a); M-T curves(b), Synchrotron XRD patterns (c), and lattice parameters (d) of 0.5G d, 0.8 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd

從圖中可以看出，隨著Gd含量的增加，Tb1-xGdxCo2體系表現(xiàn)出成分誘發(fā)的從菱方相至四方相的晶體結(jié)構(gòu)相變。中間成分0.9Gd對應(yīng)兩相共存的狀態(tài)，與鐵電體系中MPB處的結(jié)構(gòu)類似[17]。在Tb1-xGdxCo2體系中所觀察到的晶體結(jié)構(gòu)是富TbCo2為菱方相、富GdCo2端為四方相，該體系的晶體結(jié)構(gòu)與其自發(fā)磁化MS的對稱性相同，這與已報道的研究結(jié)果是一致的[13]。

相應(yīng)成分的磁化強(qiáng)度-溫度曲線如圖5b所示。從圖中可以看到，隨著Gd含量的增多，Tb1-xGdxCo2的居里溫度點(diǎn)TC單調(diào)升高，由360 K升高至420 K左右，而TC下的磁化強(qiáng)度(100 Oe磁場下)在0.9 Gd達(dá)到極大值——約為5.5 emu/g，其他成分的磁化強(qiáng)度均低于4 emu/g，這說明在同樣的磁場條件下，0.9比其他成分的磁疇反轉(zhuǎn)更加容易。

根據(jù)X射線衍射數(shù)據(jù)計算出的晶格常數(shù)如圖5d所示。在120 K，從0.5 Gd至0.9 Gd，菱方相的晶格常數(shù)逐漸增大，從0.9 Gd至1.0 Gd，四方相的c/a比值增大；210 K和120 K的變化趨勢一致，不同的地方在于210 K下晶格常數(shù)之間的差距比120 K時的要小。

在120 K溫度下，幾個典型成分-0.5 Gd、0.8 Gd、0.9 Gd、1.0 Gd在20 kOe和0.5 kOe的磁滯回線如圖6 a所示。樣品從0.5 Gd至0.9 Gd，磁化強(qiáng)度先是增大，然后從0.9 Gd至1.0 Gd磁化強(qiáng)度降低。500 Oe下的最大磁化強(qiáng)度在0.9 Gd達(dá)到峰值，這間接說明0.9 Gd的磁疇更容易翻轉(zhuǎn)，這與圖5b中顯示的0.9 Gd小場(100 Oe)下具有最大的磁化強(qiáng)度是一致的。

20 000 Oe磁場下，就不同成分而言，其在120 K的最大磁化強(qiáng)度隨成分的變化情況如圖6b所示。隨著Gd含量的增多，樣品的最大磁化強(qiáng)度單調(diào)增大。

圖6　Tb1-xGdxCo2體系0.5 Gd, 0.8 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd在20 000 Oe和500 Oe磁場下的磁滯回線(a)、120 K溫度下在20 000 Oe和500 Oe磁場下的磁化強(qiáng)度(b)、300 K溫度下的磁導(dǎo)率(c)Fig.6　M-H hysteresis loops of 0.5 Gd, 0.8 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd under 20 000 Oe and 500 Oe(a), magnetization under 20 000 Oe and 500 Oe at 120 K(b), magnetic susceptibility under 300 K(c)

在室溫下，0.9 Gd的磁導(dǎo)率也顯示出一個峰值(圖6c)。在過去報道的自旋重取向相變現(xiàn)象中，0.9 Gd在MPB表現(xiàn)出的大磁導(dǎo)率和易磁化的現(xiàn)象被認(rèn)為是由于磁各向異性的補(bǔ)償所致[18-19]。類似的效應(yīng)在鐵電體系中也被觀察到，被認(rèn)為是在趨向MPB時逐漸弱化的電極化(應(yīng)變)各向異性所致[9, 12, 20-21]。

圖7a1中，場強(qiáng)低于1 kOe的磁致伸縮區(qū)域在圖中已經(jīng)用灰色標(biāo)明。從0.5 Gd至1.0 Gd，隨著Gd含量的增多，磁致伸縮曲線的形狀從“V”型變成“Λ”型，而中間的0.9 Gd明顯處在變化交界附近，顯示出較弱的“Λ”型磁致伸縮曲線。進(jìn)一步測試了0.9 Gd隨溫度變化的磁致伸縮，如圖7a2所示。從室溫299.3 K至低溫36.4 K，0.9 Gd在小場下的磁致伸縮曲線(灰色區(qū)域)仍然經(jīng)過了“Λ”型到“V”型的轉(zhuǎn)變。由于已知鐵磁相變也包含結(jié)構(gòu)相變[15]，因此存在各向異性的Tb1-xGdxCo2的磁致伸縮可以通過非立方的鐵彈體疇的翻轉(zhuǎn)來描述，并且應(yīng)變大小與晶格畸變的大小成正比[16]。圖5d中的XRD晶格參數(shù)已經(jīng)表明有著四方對稱性的GdCo2的c/a比值小于1。GdCo2的飽和磁致伸縮為負(fù)值，也說明了在外場下材料收縮，這與c/a比值小于1的具有四方相的鐵磁材料顯示出的“Λ”型磁致伸縮曲線是一致的，同時也說明在外加磁場下晶體疇的取向與外場相同。具有菱方相對稱性的晶體會沿著外場方向伸長并且表現(xiàn)出“V”型磁致伸縮曲線(圖7a1中的0.5 Gd、0.8 Gd)。

圖7　0.5 Gd, 0.8 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd的磁致伸縮效應(yīng)(a1)， 0.9 Gd在不同溫度下的磁致伸縮(a2)，具有不同晶體結(jié)構(gòu)對稱性的鐵磁材料對應(yīng)的磁場下伸長或者縮短的示意圖(b1～b2)， Laves相稀土合金的菱方相、MPB處、四方相分別對應(yīng)的磁致伸縮示意圖(c)Fig.7Composition dependence of magnetostriction(a1), temperature dependence of magnetostriction of 0.9 Gd(a2), schematic illustrations of magnetostriction of rhombohedral and tetragonal phase (b1～b2), schematic magnetostriction curves of R phase, MPB, and T phase(c1-c3)

該體系在較小磁場下的磁致伸縮的機(jī)理可以表示為圖7c1～c3。當(dāng)材料處于菱方相狀態(tài)，在外磁場下會沿著磁場方向拉伸，于是得到正的磁致伸縮效應(yīng)；當(dāng)材料處于四方相狀態(tài)下，由于上面提到的c/a比小于1，因此疇取向與外場相同時會表現(xiàn)為負(fù)的磁致伸縮效應(yīng)。

可以合理地推斷出，在四方相和菱方相之間的MPB處，磁致伸縮既不會是“V”型也不會是“Λ”型，而是一條水平線，正如圖7c2的結(jié)果所示。據(jù)此，從樣品的磁致伸縮曲線的形狀可以推斷出Tb1-xGdxCo2體系在室溫下準(zhǔn)確的MPB成分在0.8 Gd和0.9 Gd之間，本章中0.9 Gd近似作為Tb1-xGdxCo2體系的MPB成分。簡言之，磁致伸縮曲線的形狀可以直接反映出鐵磁材料的結(jié)構(gòu)對稱性，并且可以幫助判斷MPB在相圖中的準(zhǔn)確位置[16]。此前報道的MPB體系TbDyCo(圖4g)和TbHoFe也有類似結(jié)果[22]。

3.3Tb1-xGdxFe2體系的的磁致伸縮效應(yīng)與其他物理效應(yīng)

在與Tb1-xDyxCo2和Tb1-xGdxCo2化學(xué)組成相似的另一個體系—— Tb1-xGdxFe2體系中，也發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)同型相界，其相圖如圖8a所示。

從圖8可以看出，隨著Gd的量的增多，居里溫度單調(diào)增高。在居里溫度以下，富TbFe2端為菱方相結(jié)構(gòu)，富GdFe2端為四方相結(jié)構(gòu)。磁化強(qiáng)度在準(zhǔn)同型相界MPB成分0.9 Gd表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的效應(yīng)，如圖8d所示。

相圖中的晶體結(jié)構(gòu)對稱性仍然是通過同步X射線衍射譜得出，如圖9所示。在室溫300 K下(圖9a)和473 K下(圖9b)，隨著Gd含量的增多，均表現(xiàn)出由菱方相至四方相的結(jié)構(gòu)相變。與473 K相比，300 K溫度下的X射線衍射譜特征峰的劈裂更加明顯。

根據(jù)由磁化強(qiáng)度-溫度曲線(圖8b)、X射線衍射譜(圖9)確定的Tb1-xGdxFe2體系相圖，確定了300 K溫度下的MPB成分為0.9 Gd。對于Tb1-xDyxCo2體系和Tb1-xDyxFe2體系[23-24]，磁致伸縮效應(yīng)在MPB得到增強(qiáng)；對于Tb1-xGdxCo2體系，磁致伸縮效應(yīng)在MPB得到抑制(被減弱)；而對于Tb1-xGdxFe2體系，其磁致伸縮效應(yīng)在MPB沒有表現(xiàn)出奇異性，隨著Gd的增多，體系的磁致伸縮效應(yīng)單調(diào)減小，如圖10所示。

4結(jié)語

根據(jù)準(zhǔn)同型相界原理在Laves相稀土合金中制備磁致伸縮材料尚是一個比較新的研究方向，對前期研究結(jié)果總結(jié)如下：(1) 在3個具有Laves相結(jié)構(gòu)的稀土合金體系—Tb1-xDyxCo2、Tb1-xGdxCo2、Tb1-xGdxFe2中發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)同型相界MPB，這體現(xiàn)出準(zhǔn)同型相界在Laves相磁性材料體系中是普遍存在的；(2) 3個體系在MPB處表現(xiàn)出3種不同的磁致伸縮效應(yīng)：Tb1-xDyxCo2表現(xiàn)出大磁致伸縮、大磁導(dǎo)率，Tb1-xGdxCo2表現(xiàn)出弱磁致伸縮、大磁導(dǎo)率，而Tb1-xGdxFe2在MPB并沒有發(fā)現(xiàn)特殊的效應(yīng)。在鐵電材料中，在MPB處各類場致應(yīng)變效應(yīng)都得到顯著增強(qiáng)，因此鐵磁材料與鐵電材料的準(zhǔn)同型相界效應(yīng)還有顯著不同，還需要更加深入的研究來揭示其作用機(jī)理。

圖9　0.5 Gd, 0.7 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd在300 K下(a)和在473 K下(b)的同步X射線衍射譜Fig.9　Synchrotron XRD patterns of 0.5 Gd, 0.7 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd under 300 K(a) and 473 K (b)

圖10　0.5 Gd, 0.7 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd在300 K和10 000 Oe磁場下的磁致伸縮效應(yīng)(a)，與在300 K和5 000 Oe磁場下的磁致伸縮效應(yīng)(b) Fig.10　Magnetostriction curves of 0.5 Gd, 0.7 Gd, 0.9 Gd, 1.0 Gd under 10 000 Oe (a) and 5 000 Oe (b) at 300 K

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(編輯惠 瓊)

收稿日期：2016-03-31

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51371134,51471125,51431007)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)資助項(xiàng)目(2012CB619401)

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2016.06.06

中圖分類號：TG132.2+7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3962(2016)06-0434-07

Ferromagnetic Morphotropic Phase Boundary and Magnetostrictive Effect of Laves Phase Rare-Earth Alloys

YANG Sen1, ZHOU Chao1, REN Xiaobing2，SONG Xiaoping1

(1.School of Science,MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Molulation of Condensed Matter,Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)(2.Frontier Institute of Science and Technology, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

Abstract：Magnetostrictive materials are important magnetic functional materials that are widely used in transducers and sensors. Previously, large piezoelectricity was obtained via controlling the composition of ferroelectric materials around morphotropic phase boundary (MPB). Based on the physical parallelism between ferroelectrics and ferromagnetism, it is expected of anomalous field-induced strain effect for magentic materials at MPB. In this article, three types of recently reported ferromagnetic MPB systems are reviewed, and the relationships between various properties and MPB are summarized, not all three types of ferromagnetic MPB systems show large magnetostriction under magnetic field, like ferroelectric MPB systems process large piezoelectricity. The different structures and mechanisms of ferromagnetic MPB systems need to be further studied.

Key words：ferromagnetism; morphotropic phase boundary; magnetostriction effect; phase transition

第一作者：楊森，男，1974年生，教授，博士生導(dǎo)師, Email:

yangsen@mail.xjtu.edu.cn