Short-range order in soft magnetic alloy Fe–9 at.% Ga and conditions of its thermal treatment

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The atomic structure of monocrystalline samples of soft magnetic alloy Fe–9 at% Ga (A2-phase area) subjected to various thermal processing: 1 – quenching to water from paramagnetic state, 2 – annealing in a ferromagnetic state, 3 – thermomagnetic treatment (TMT) and 4 – thermomechanical treatment (TMechT), was studied by the method of X-ray diffraction. In the diffractograms of all samples, after different thermal treatments, diffuse peaks are observed, which are a contribution from small type of randomly located clusters of B2 type. A separate B2 cluster consists of a pair of BCC-cells centered by Ga atoms. The pair axis is parallel to one of the axes of easy magnetization <100>. It is shown that the width of diffuse peaks measured during scanning along the axis [001] decreases and, therefore, the average size of B2 clusters along this axis increases depending on the processing in the sequence of 1–2–3–4. The results obtained indicate a restructuring of short range order under the influence of TMT and TMechT.

作者简介

Yu. Chernenkov

Konstantinov St. Petersburg Institute of Nuclear Physics

Email: nershov@imp.uran.ru
Gatchina, Leningrad oblast, 188300 Russia

N. Ershov

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

Yu. Gornostyrev

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

V. Lukshina

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

A. Timofeeva

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: nershov@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia

D. Shishkin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

编辑信件的主要联系方式.
Email: nershov@imp.uran.ru
Ekaterinburg, 620108 Russia; Ekaterinburg, 620002 Russia

参考

  1. Clark A.E., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Lograsso T.A., Schlagel D.L. Magnetostrictive properties of body-centered cubic Fe–Ga and Fe–Ga–Al alloys // IEEE Trans. Magn. 2000. V. 36. No. 5. P. 3238–3240.
  2. Cullen J.R., Clark A.E., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A. Magnetoelasticity of Fe–Ga and Fe–Al alloys // J. Magn. Magn. Mater. 2001. V. 226–230. Part 1. P. 948–949.
  3. Clark A.E., Hathaway K.B., Wun-Fogle M., Restorff J.B., Lograsso T.A., Keppens V.M., Petculescu G., Taylor R.A. Extraordinary magnetoelasticity and lattice softening in bcc Fe–Ga alloys // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. No. 10. P. 8621–8623.
  4. Clark A.E., Restorff J.B., Wun-Fogle M., Dennis K.W., Lograsso T.A., McCallum R.W. Temperature dependence of the magnetic anisotropy and magnetostriction of Fe100−xGax (x = 8.6, 16.6, 28.5) // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. No. 10. P. 10M316(1–3).
  5. Summers E.M., Lograsso T.A., Wun-Fogle M. Magnetostriction of binary and ternary Fe–Ga alloys // J. Mat. Sci. 2007. V. 42. P. 9582–9594.
  6. Clark A.E., Yoo J.-H., Cullen J.R., Wun-Fogle M., Petculescu G., Flatau A. Stress dependent magnetostriction in highly magnetostrictive Fe100−xGax, 20 < x < 30 // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. No. 7. P. 07A913(1–3).
  7. Restorff J.B., Wun-Fogle M., Hathaway K.B., Clark A.E., Lograsso T.A., Petculescu G., Tetragonal magnetostriction and– magnetoelastic coupling in Fe–Al, Fe–Ga, Fe–Ge, Fe–Si, Fe–Ga–Al and Fe–Ga–Ge alloys // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 023905(1–12).
  8. Головин И.С., Палачева В.В., Мохамед А.К., Балагуров А.М. Структура и свойства Fe–Ga-сплавов – перспективных материалов для электроники // ФММ. 2020. Т. 121. С. 937–980.
  9. Atulasimha J., Flatau A.B. A review of magnetostrictive iron–gallium alloys // Smart Mater. Struct. 2011. V. 20. No. 4. P. 043001(1–15).
  10. Petculescu G., Wu R., McQueeney R.J. Magnetoelasticity of bcc Fe–Ga Alloys / Handbook of Magnetic Materials, edited by K.H.J. Buschow (Elsevier, Oxford, UK) 2012. V. 20. P. 123–226.
  11. Kubaschewski O. Iron-binary Phase Diagrams. Berlin: Springer-Verlag, 1982. 185 р.
  12. Mohamed A.K., Cheverikin V.V., Medvedeva S.V., Bobrikov I.A., Balagurov A.M., Golovin I.S. First- and second-order phase transitions in Fe-(17-19) at.% Ga alloys // Mater. Letters. 2020. V. 279. P. 128508(1–4).
  13. Zhang M.C., Jiang H.L., Gao X.X., Zhu J., Zhou S.Z. Magnetostriction and microstructure of the melt-spun Fe83Ga17 alloy // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. No. 2. Р. 023903(1–3).
  14. Pascarelli S., Ruffoni M.P., Turtelli R.S., Kubel F., Grössinger R. Local structure in magnetostrictive melt-spun Fe80Ga20 alloys // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. P. 184406(1–8).
  15. Wang H., Zhang Y.N., Wu R.Q., Sun L.Z., Xu D.S., Zhang Z.D. Understanding strong magnetostriction in Fe100-xGax alloys // Sci. Rep. 2013. V. 3. No. 1. P. 3521(1–5).
  16. Viehland D., Li J.F., Lograsso T., Wuttig M. Structural studies of Fe0.81Ga0.19 by reciprocal space mapping // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 81. No. 17. P. 3185–3187.
  17. Lograsso T.A., Summers E.M. Detection and quantification of D03 chemical order in Fe–Ga alloys using high resolution X-ray diffraction // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 416. No. 1–2. P. 240–245.
  18. Cao H., Gehring P.M., Devreugd C.P., Rodriguez-Rivera J.A., Li J., Viehland D. Role of Nanoscale Precipitates on the Enhanced Magnetostriction of Heat-Treated Galfenol (Fe1-xGax) Alloys // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. P. 127201(1–4).
  19. Du Y., Huang M., Chang S., Schlagel D.L., Lograsso T.A., McQueeney R.J. Relation between Ga ordering and magnetostriction of Fe–Ga alloys studied by x-ray diffuse scattering // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. No. 5. P. 054432(1–9).
  20. Du Y., Huang M., Lograsso T.A., McQueeney R.J. X-ray diffuse scattering measurements of chemical short-range order and lattice strains in a highly magnetostrictive Fe0.813Ga0.187 alloy in an applied magnetic field // Phys. Rev. B. 2012. V. 85. No. 21. P. 214437(1–6).
  21. Ke Y., Jiang C., Tao J., Duan H. Local inhomogeneous structural origin of giant magnetostriction in Fe–Ga alloys // J. Alloys Compd. 2017. V. 725. No. 1–2. P. 14–22.
  22. Rahman N., Li M., Ma T., Yan M. Microstructural origin of the magnetostriction deterioration in slowly cooled Fe81Ga19 // J. Alloys Compd. 2019. V. 786. P. 300–305.
  23. Ikeda O., Kainuma R., Ohnuma I., Fukamichi K., Ishida K.J. Phase equilibria and stability of ordered b.c.c. phases in the Fe-rich portion of the Fe–Ga system // J. Alloys Compd. 2002. V. 347. No. 1–2. P. 198–205.
  24. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Лукшина В.А., Смирнов О.П., Шишкин Д.А. Рентгеноструктурный анализ ближнего порядка в твердых растворах железо-галлий // ФММ. 2022. Т. 123. № 10. С. 1054–1062.
  25. Черненков Ю.П., Смирнов О.П., Лукшина В.А., Тимофеева А.В., Петрик М.В., Кузнецов А.Р., Ершов Н.В., Горностырев Ю.Н., Шишкин Д.А. Ближний порядок и его устойчивость в магнитомягком железогаллиевом сплаве // ФММ. 2024. Т. 125. № 1. С. 86–95.
  26. Лукшина В.А., Шишкин Д.А., Кузнецов А.Р., Ершов H.В., Горностырев Ю.Н. Влияние отжига в постоянном магнитном поле на магнитные свойства сплавов железо–галлий // ФТТ. 2020. Т. 62. № 10. С. 1578–1586.
  27. Черненков Ю.П., Федоров В.И., Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В. Рентгеновское диффузное рассеяние от монокристаллов α-Fe и α-Fe1-xSix // ФММ. 2005. Т. 100. № 3. С. 39‒47.
  28. Cullity B.D., Stock S.R. Elements of X-Ray Diffraction. N.Y.: Prentice-Hall Inc., 2001. 531 p.
  29. Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Смирнов О.П. Ближний порядок в магнитомягком сплаве alpha-FeAl // ФТТ. 2018. Т. 60. № 9. С. 1619‒1631.
  30. Matyunina M.V., Zagrebin M.A., Sokolovskiy V.V., Pavlukhina O.O., Buchelnikov V.D., Balagurov A.M., Golovin I.S. Phase diagram of magnetostrictive Fe–Ga alloys: insights from theory and experiment // Phase Trans. 2019. V. 92. No. 2. P. 101–116.
  31. Черненков Ю.П., Ершов Н.В., Лукшина В.А. Влияние отжига в ферромагнитном состоянии на структуру сплава железа с 18 at.% галлия // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 12–21.
  32. Zarestky J.L., Garlea V.O., Lograsso T.A., Schlagel D.L., Stassis C. Compositional variation of the phonon dispersion curves of bcc Fe–Ga alloys // Phys. Rev. B. 2005. V. 72. P. 180408(R).
  33. Johansson G., Gorbatov O.I., Etz C. Theoretical investigation of magnons in Fe–Ga alloys // Phys. Rev. B. 2023. V. 108. P. 184410.
  34. Warren В.Е. X‒ray diffraction. New York: Addison‒Wesley, 1969. 563 p.
  35. Patterson A.L. The Scherrer Formula for X-Ray Particle Size Determination // Phys. Rev. B. 1939. V. 56. No. 10. P. 978–981.
  36. Hubert A., Schafer R. Magnetic Domains. The Analysis of Magnetic Microstructures. New York: Springer Berlin Heidelberg, Corrected, 3rd Printing, 2009. 707 p.
  37. Neél L. Anisotropie magnétique superficielle et surstructures d’orientation // J. Phys. Paris. 1954. V. 15. No. 4. P. 225–239.
  38. Taniguchi S., Yamamoto M. A note on a theory of the uniaxial ferromagnetic anisotropy induced by cold work or by magnetic annealing in cubic solid solutions // Sci. Rep. Res. Tohoku A. 1954. V. 6. P. 330–332.
  39. Ershov N.V., Chernenkov Yu.P., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. Atomic structure of Soft Magnetic Fe-Si Alloys with Induced Magnetic Anisotropy // Phys. Metal. Metal. 2006. V. 101. P. S59–S62.
  40. Ershov N.V., Lukshina V.A., Sokolov B.K., Chernenkov Yu.P., Fedorov V.I. B2 and D03 clusters in soft magnetic single crystal Fe1–xSix alloys with induced magnetic anisotropy // J. Magn. Magn. Mater. 2006. V. 300. P. e469–e472.
  41. Ershov N.V., Chernenkov Yu.P., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. The structural origin of induced magnetic anisotropy in α‒Fe1-xSix (x = 0.05 ‒ 0.08) alloys // Physica B. 2006. V. 372. No. 1–2. P. 152–155.
  42. Chernenkov Yu.P., Ershov N.V., Lukshina V.A., Fedorov V.I., Sokolov B.K. An X-ray diffraction study of the short-range ordering in the soft-magnetic Fe–Si alloys with induced magnetic anisotropy // Physica B: Condensed Matter. 2007. V. 396. No. 1–2. P. 220–230.
  43. Лукшина В.А., Соколов Б.К., Ершов Н.В., Черненков Ю.П., Федоров В.И. Анизотропия локальной атомной структуры в монокристаллах Fe–5%Si как причина формирования и стабильности наведенной магнитной анизотропии // ФТТ. 2006. Т. 48. № 2. С. 297–304.
  44. Соколов Б.К., Черненков Ю.П., Лукшина В.А., Федоров В.И., Ершов Н.В. Прямые наблюдения анизотропии ближнего порядка в монокристаллах Fe1–xSix (x = 0.05–0.06) с наведенной магнитной анизотропией // ДАН. 2004. Т. 399. № 2. С. 185–187.
  45. Ershov N.V., Kleinerman N.M., Lukshina V.A., and Timofeeva A.V. Magnetization Distribution in Single-Crystals of Iron-Silicon Alloys // Phys. Met. Metal. 2024. V. 125. No. 8. P. 809–816.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».