Studium strukturních a magnetických vlastností Heuslerových slitin na bázi Mn

Vojtěch Trecha

Bachelor's thesis

Study of structural and magnetic properties of Heusler alloys based on Mn

Abstract:

Cílem této bakalářské práce je prozkoumat vzorky slitin na bázi Mn, konkrétně slitiny Mn2FeSi a Mn2FeAl, které mají potenciál pro aplikace v moderních technologiích, jako je např. spintronika. Tyto vzorky byly připraveny metodou indukčního tavení a jejich část byla následně podrobena žíhání při 500°C po dobu 100 hodin za účelem dosažení větší homogenity z hlediska rozložení prvků v objemu vzorků. Pro charakterizaci slitin z hlediska jejich struktury a magnetických vlastností jsou v této práci uvedeny výsledky měření rentgenového difraktometru, skenovacího elektronového mikroskopu a vibračního magnetometru. Z naměřených dat vyplývá, že slitina Mn2FeSi je vícefázová, a to před i po vyžíhání. Její difraktogram naznačuje výskyt XA nebo L21 struktury, která je typická pro Heuslerovy slitiny. Z hlediska magnetismu je slitina Mn2FeSi paramagnetická při pokojové teplotě a antiferomagnetická při teplotách blízkých 0 K, přičemž projevuje náznaky feromagnetických nebo ferimagnetických vlastností během přechodu mezi para- a antiferomagnetismem. V případě vzorku Mn2FeAl hovoříme o jednofázové slitině, bez ohledu na proces žíhání. Rentgenová difrakce u této slitiny nepotvrdila výskyt Heuslerovy struktury, formuje se zde kubická β-Mn struktura. Při pokojové teplotě je vzorek Mn2FeAl paramagnetický, záporná Curieova teplota jednoznačně poukazuje na výskyt antiferomagnetismu při teplotách blízkých 0 K.

Abstract:

Goal of this bachelor’s thesis is to study alloys based on Mn, specifically Mn2FeSi and Mn2FeAl alloys, which have potential for applications in modern technologies like spintronics. These samples were prepared by the method of induction melting and part of them was annealed for 100 hours to achieve better homogeneity in terms of element distribution. Scanning electron microscope, X-ray diffractometer and vibrating sample magnetometer have been used for characterisation of structural and magnetic properties of studied alloys. Obtained data show that Mn2FeSi alloy has multiple phases before and also after annealing. Diffractograms of these alloys indicate presence of XA or L21 structure typical for Heusler alloys. Magnetic measurements show that Mn2FeSi is paramagnetic at room temperature and antiferromagnetic at temperature close to 0 K. There are also signs of ferromagnetism or ferrimagnetism between para- and antiferromagnetic state. The Mn2FeAl sample is single phase alloy regardless of annealing. The structure of Heusler alloys was not confirmed by X-ray diffraction. There is cubic β-Mn structure likely to be formed. Samples of Mn2FeAl are paramagnetic at room temperature and their negative Curie temperature unequivocally point to presence of antiferromagnetic state at temperature close to 0 K.

Keywords

Heuslerovy slitiny, Mn2FeSi, Mn2FeAl, indukční tavení, RTG difrakce, skenovací elektronová mikroskopie (SEM), vibrační magnetometrie (VSM), magnetorezistence, krystalová struktura, magnetismus

Keywords

Heusler alloys, Mn2FeSi, Mn2FeAl, induction melting, X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), vibrating sample magnetometry (VSM), magnetoresistance, crystalline structure, magnetism

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2023
• Supervisor: Lucie Gembalová
• Reader: Petr Lichý

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Bachelor programme:
Aplikovaná fyzika