[发明专利]调节Ni-Co-Mn-In合金的马氏相变和磁电阻效应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁电阻器件领域。具体地，本发明涉及一种Ni-Co-Mn-In变磁合金及其制备处理方法和用途。

背景技术

由于磁电阻效应在磁存储、读写磁头和相关器件中的广泛应用，人们对磁电阻效应的研究兴趣日趋高涨。近些年来，人们相继在磁颗粒体系、磁多层膜、钙钛矿锰氧化物及其薄膜系统中发现巨磁电阻(Giant magnetoresistance，GMR)和庞磁电阻(Colossal magnetoresistance，CMR)效应。2007年度诺贝尔物理学奖授予了在GMR研究和硬盘应用中做出杰出贡献的法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grünberg。

为了寻求能满足不同用途的大磁电阻效应，人们也研究了多种金属间化合物中磁相变伴随的磁电阻行为。在多个一级相变体系例如FePh、MnAs、GdSiGe等中观察到了大的磁电阻效应。最近报导的具有高Mn含量的新型Heusler合金由于其优越的变磁形状记忆效应引起了人们的极大兴趣。其物理机制不同于传统的Heusler合金，传统合金中的形状记忆效应来源于磁场诱导的马氏变体的重排。而在具有高锰含量的变磁Heusler合金中，马氏相呈现弱磁性，和奥氏母相强铁磁性的巨大差别导致大的Zeeman能～μ0ΔM·H，从而出现磁场驱动的变磁转变行为，同步发生的结构相变伴随有大的形状记忆效应。进一步的研究表明，合金中Co的掺入可增加马氏相变前后奥氏体和马氏体相的磁矩差～ΔM，从而增强Zeeman能～μ0ΔM·H，出现磁场诱发的异常大的应力输出。例如，Ni₄₅Co₅Mn_36.6In_13.4合金在7T磁场下输出的应力超过100MPa，高出传统Heusler合金的50倍以上。磁场诱导的磁性和结构的同时改变伴随有电子结构的改变。自然地，人们期待在这类合金中磁场诱导的结构相变发生的同时也会出现显著的磁电阻效应。最近人们研究了少量这类合金的磁电阻效应，例如在马氏相变温度位于190K左右的Ni₅₀Mn₃₄In₁₆合金中观察到高于60％的磁电阻。

在获得具有大磁电阻效应材料的同时，能随意调节磁电阻发生的温区是人们一直渴望的。通常地，调节马氏相变温度的手段是通过改变合金的组分配比或者引入其它元素来影响价电子浓度，从而调节马氏相变温度。前人研究结果表明，当费米面到达布里渊区边界的时候马氏结构相变发生。体系价电子数的变化将改变费米面从而引起结构的不稳定性，发生马氏结构相变。我们最新研究发现，新制备的变磁Heusler合金由于快淬过程中形成的应力而处于亚稳态，通过在中等温度(200-600摄氏度)下后退火处理可达到调节马氏相变温度的目的。退火造成的应力驰豫影响原子占位、Mn-Mn原子间距和晶格对称性从而引起Mn-Mn交换耦合、费米面和布里渊区边界的改变，导致体系的磁性和马氏相变温度发生改变。研究表明，通过改变退火温度和时间可调控应力的驰豫程度，使Ni-Co-Mn-In变磁合金的马氏相变温度发生在不同的温度范围，同时保持材料强的变磁特性不变，从而使大磁电阻效应可以发生在室温附近很宽的温区范围内，满足实际需要。

发明内容

为有助于理解本发明，下面定义了一些术语。本文定义的术语具有本发明相关领域的普通技术人员通常理解的含义。

除非另外说明，本文所用的术语“L2₁结构”是指由四个面心立方结构的次晶格A、B、C、D沿对角线依次移动四分之一相互套叠而成的结构。

除非另外说明，本文所用的术语“Heusler型合金”是一种有序的金属间化合物，具有L2₁结构，这里的有序是指多种原子按照一定的晶格点阵，各自占有自己的特有位置所形成的高化学有序结构。德国科学家F.Heusler在1903年首次报导这种高化学有序合金，后来人们统称这类合金为Heusler型合金。

除非另外说明，本文所用的术语“变磁形状记忆合金”是指形状记忆效应来源于变磁转变行为的合金。具有高锰含量的Heusler合金在合适配比下奥氏母相呈现强铁磁性，马氏相呈现弱磁性，相变前后磁矩的巨大差别导致大的Zeeman能～μ₀ΔM·H，外磁场可驱动变磁转变行为从而产生大的形状记忆效应。具有这种行为的合金称为变磁形状记忆合金。

除非另外说明，本文所用的马氏相变温度“T_M”定义为低磁场下(例如：0.02T)降温过程热磁曲线斜率最大值所对应的温度