Magnetic shape memory alloys: Effects of doping with Cu and Fe

• Název práce v češtině: Slitiny s magnetickou tvarovou pamětí: účinky dopingu s Cu a Fe
• Název v anglickém jazyce: Magnetic shape memory alloys: Effects of doping with Cu and Fe
• Klíčová slova: Magnetická tvarová paměť, Martenzitická transformace, Magneticky indukovaná reorientace struktury, růst monokrystalů
• Klíčová slova anglicky: Magnetic shape memory, Martensitic transformation, Magnetically induced structure reorientation, Single crystal growth
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: Ross Harvey Colman, Dr.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 03.11.2019
• Datum zadání: 15.11.2019
• Datum potvrzení stud. oddělením: 22.04.2020
• Datum a čas obhajoby: 14.07.2020 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 03.06.2020
• Datum odevzdání tištěné podoby: 03.06.2020
• Datum proběhlé obhajoby: 14.07.2020
• Oponenti: RNDr. Klára Uhlířová, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Study of literature on alloys with magnetic shape memory, specifically concearning doping of Ni-Mn-Ga alloys.
Acquiring methods of preparation and characterization of materials.
Preparation of new materials (single crystals) by methods available at the training center (eg zone melting or Bridgaman method).
Characterization of prepared crystals (structural characterization, calorimetry, measurement of magnetization, specific heats, transport elastic and magnetoelastic phenomena).
Study of physical principles of martensitic transformations and mechanisms of movement of twinning boundaries.
Write the results and conclusions into a thesis.

Seznam odborné literatury

[1] O. Heczko, Mater. Sci. Technol. 30, 1559 (2014).
[2] GH Yu, YL Xu, ZH Liu, HM Qiu, ZY Zhu, XP Huang, and LQ Pan, Rare Met. 34, 527 (2015).
[3] J. Mohd Jani, M. Leary, A. Subic, and MA Gibson, Mater. Dread. 56, 1078 (2014).

Předběžná náplň práce

Skupina funkčních materiálů, jejímž nejznámějším příkladem jsou Heuslerovy slitiny typu Ni-Mn-Ga(In), vykazuje širokou škálu zajímavých fyzikálních vlastností a jevů, jako je např. magnetokalorický jev, superelasticita a zejména magnetická tvarová paměť.
Magnetická tvarová paměť, či obecně multiferoické vlastnosti, jsou spojeny s martenzitickou transformací – bezdifúzní, posuvnou strukturní transformací do nízkosymetrické fáze, ke které dochází v důsledku nestability elektronové struktury. Díky specifické mikrostruktuře mohou pak 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. Zde se zaměříme na materiály se současným výskytem feroelastického a magnetického uspořádání (např. fero-, antifero- ).
Tyto materiály se nazývají (fero)magnetické slitiny s tvarovou pamětí neboli slitiny vykazující jev magnetické tvarové paměti. 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.
Výzkum Ni-Mn-Ga Heuslerových slitin ukázal, že relativně slabé magnetické pole může přeorientovat strukturu, nebo-li vede k přeorientování feroelastických domén. Systém Ni-Mn-Ga je navíc bohatý na magnetické a strukturní přechody, které mohou vést k různým efektům, a jsou laditelné změnami složení slitin, např. poměru Mn:Ga nebo substitucí.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The group of functional materials, including well know Ni-Mn-Ga (In) Heusler alloys, exhibits a wide range of interesting physical properties and phenomena such as magnetocaloric effect, shape memory, superelasticity, and in particular magnetic shape memory (MSM).
The magnetic shape memory effect, or generally multiferoic behavior, is associated with martensitic transformation – the diffusionless displacive structural transformation into low symmetry phase that occurs due to the instability of the electronic structure. With a specific microstructure they can exhibit different and/or unusual electrical/thermal/magnetic behaviour that can be used in various technical applications. Understanding the structure and microstructure of the low-temperature phases, and how and why martensitic transformation occurs is the key to understanding their multiferroic behaviour. [1]
The behaviour is determined by a combination of the external forces and the microstructure arrangement. We will focus on materials with concurrent ferroelastic and magnetic ordering (e.g. ferro, antiferro-). These materials are called (ferro) magnetic shape memory alloys or alloys that exhibit the phenomenon of magnetic shape memory. The MSM phenomenon represents a new paradigm of deformation of up to 12% in a magnetic field, in comparison to 0.2% in the giant magnetostrictive materials. In addition to the field-induced reorientation these materials also exhibit a large magnetocaloric effect.
The research of Ni-Mn-Ga Heusler alloys revealed, that a relatively weak magnetic field can reorient the structure or lead to the reorientation of the ferroelastic domains.
The Ni-Mn-Ga is rich in magnetic and structural transitions, which may result in various interesting effects and the materials are tunable by compositition, eg. change of Mn:Ga ratio or substitutions.