Studium fyzikálních vlastností slitin s magnetickou tvarovou pamětí

• Thesis title in Czech: Studium fyzikálních vlastností slitin s magnetickou tvarovou pamětí
• Thesis title in English: Study of physical properties of magnetic shape memory alloys
• Academic year of topic announcement: 2017/2018
• Thesis type: dissertation
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: RNDr. Martin Veis, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 20.09.2017
• Date of assignment: 20.09.2017
• Confirmed by Study dept. on: 03.10.2017
• Advisors: Mgr. Jaroslav Hamrle, Ph.D.

Guidelines

Neznalost základních fyzikálních principů stojících za multiferoickým chováním materiálů s magnetickou tvarovou pamětí je v současnosti principiálním problémem limitujícím spolehlivou predikci jejich funkčních vlastností. Jev magnetické tvarové paměti je přitom důsledkem martenzitické transformace – bezdifúzní, posuvné strukturní transformace do nízkosymetrické fáze, ke které dochází v důsledku nestability elektronové struktury. Díky specifické mikrostruktuře mohou slitiny s magnetickou tvarovou pamětí vykazovat různé neobvyklé elektrické/termální/magnetické chování využitelné v různých technických aplikacích. Pochopení struktury a mikrostruktury těchto nízkoteplotních fází, a jakým způsobem a proč dochází k martenzitické transformaci, je klíčem k pochopení jejich multiferoického chování.
Toto chování je určeno určitou kombinací vnějších sil a uspořádání. Student se proto zaměří na materiály se současným výskytem feroelastického a magnetického uspořádání (např. fero-, antifero-). Tyto materiály se nazývají (fero)magnetické slitiny s tvarovou pamětí. Jev magnetické tvarové paměti představuje nové paradigma deformace v magnetickém poli až do 12 % ve srovnání s 0,2 % u magnetostrikčních materiálů. Mimo polem indukované reorientace tyto materiály vykazují také velký magnetokalorický jev.
Klíčem pro vývoj nových slitin je pochopení martenzitické transformace a elektronové struktury, jelikož tato je zásadním faktorem kontrolujícím transformaci. Optické a magnetooptické studie mohou být vhodným prostředkem pro experimentální zkoumání elektronové struktury a následnému porozumění martenzitické transformaci. Magnetooptické metody jsou široce používány jako nedestruktivní a vysoce citlivé nástroje pro výzkum fyzikálních vlastností magnetických materiálů až do nanoskopických rozměrů. Spojují několik výhod, jako je vysoká citlivost (srovnatelnou se SQUID), možnost spektrálně i časově rozlišených měření i hloubková citlivost. Magnetooptická spektroskopie v kombinaci se spektroskopickou elipsometrií může poskytnout důležité informace o elektronické struktuře materiálu díky spektrální závislosti tenzoru permitivity. Srovnání této závislosti s ab-initio výpočty v závislosti na teplotě může poskytnout vhled do změn v elektronické struktuře během martenzitické transformace.
Vědeckým cílem doktorské dizertační práce je proto detailní studium martenzitické transformace a jejích důsledků a projevů v různých slitinách s magnetickou tvarovou pamětí. Jako první bude zkoumána slitina Ni-Mn-Ga kde budou sledovány změny jejích optických, magnetických a magnetooptických vlastností při martenzitické transformaci. Následně bude sledován vliv kontrolovaného dopování této slitiny na její martenzitickou transformaci. Za tímto účelem budou využity experimentální zařízení Fyzikálního ústavu UK, a to spektroskopická elipsometrie, magnetooptická spektroskopie, magnetometrie a mikroskopie. Všechna měření budou prováděna teplotně závislá. Práce navíc kombinuje experimentální a teoretický výzkum na objemových materiálech i tenkých vrstvách.

References

O. Heczko, Mater. Sci. Tech-Lond., 30, 1559-1578 (2014)
C. Felser et al. APL Mat. 3 041518 (2015)
X. Ren, Nature Materials 3, 91 (2004)
R. Kainuma, et al., Nature, 439, 957 (2006)
A. Sozinov et al., Appl. Phys. Lett., 102, 021902 (2013)
Tegus et al., Nature 415, 150 (2002)
K. Ullakko et al., Appl. Phys. Lett., 69, 1966 (1996)
Další vědecké publikace v daném oboru.