Studium fázových transformací ve slitině s tvarovou pamětí Ni2MnGa pomocí rentgenografických rozptylových metod

• Thesis title in Czech: Studium fázových transformací ve slitině s tvarovou pamětí Ni₂MnGa pomocí rentgenografických rozptylových metod
• Thesis title in English: The study of phase transformations in Ni₂MnGa shape memory alloy using the x-ray scattering methods
• Key words: martensitická transformace, tvarová paměť, magneticky indukovaná reorientace (MIR), rentgenová difrakce
• English key words: martensitic transformation, shape memory, magnetically induced reorientation (MIR), x-ray diffraction
• Academic year of topic announcement: 2022/2023
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Department: Department of Condensed Matter Physics (32-KFKL)
• Supervisor: RNDr. Petr Cejpek, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Milan Dopita, Ph.D.

Guidelines

Práce zahrnuje tyto hlavní body týkající se přípravy a charakterizace daného materiálu:
1. Studium doporučené odborné literatury, pro získání detailních znalostí o studovaném materiálu. Vypracování literaturní rešerše.
2. Příprava monokrystalického vzorku – tento proces zahrnuje jednak tavení v jednoobloukové peci a jednak růst krystalu ve vertikální indukční peci pomocí Bridgmanovy metody.
3. Charakterizace vzorku pomocí rentgenografických rozptylových metod. Orientace vzorku bude provedena pomocí Laueho metody, strukturní charakterizace bude probíhat měřením difrakce s vysokým rozlišením. Mikrostrukturní charakterizace bude provedena za nízkých teplot (metoda cryostream) v závislosti na různém mechanickém napětí (s použitím tensilní platformy). Fázové transformace v materiálu budou studovány v závislosti na teplotě a mechanickém napětí pomocí in-situ difrakčních měření.

References

1. Tanja Graf, Claudia Felser, and Stuart S.P. Parkin. Simple rules for the understanding of Heusler compounds. Progress in Solid State Chemistry, 39(1):1–50, 2011
2. V. Valvoda, M. Polcarová, P. Lukáč: Základy strukturní analýzy. Karolinum, Praha 1992
3. Petr Cejpek, Rentgenová difrakce a difuzní rozptyl na Heuslerových slitinách, diplomová práce, MFF UK, 2015
4. Charles Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, vydání po roce 2003

Preliminary scope of work

Ni2MnGa je ideální modelový systém slitin s tvarovou pamětí [1]. Klíčem k pochopení jejich fungování je porozumění a popsání martenzitické transformace. Vlastnosti těchto materiálů jsou v současnosti intenzivně studovány v závislosti na dopování dalšími prvky, nebo v závislosti na různých vnějších podmínkách (tlak, magnetické pole, teplota). Magnetickým polem nebo působením vnějšího tlaku lze ve slitině Ni2MnGa indukovat doménovou strukturu, čehož lze využít při aplikaci těchto slitin v praxi (například jako mikropumpy, nebo přesné aktuátory).

Náplní práce bude nejprve příprava monokrystalického vzorku. Vlastní růst krystalu bude proveden ve vertikální indukční peci pomocí Bridgmanovy metody.

Charakterizace připraveného vzorku bude probíhat pomocí rentgenových rozptylových metod. Nejdříve bude vzorek zorientován pomocí Laueho metody [2]. Podrobná strukturní in-situ charakterizace bude provedena mapováním reciprokého prostoru ve vysokém rozlišení za nízkých teplot a s použitím deformační platformy. V závislosti na aplikovaném mechanickém napětí budou popsány strukturní změny v blízkosti teploty martensitické transformace. Na základě rtg. difrakčních měření budou popsány další důležité mikrostrukturní vlastnosti jako jsou například dvojčatění nebo modulace struktury [3].

Preliminary scope of work in English

Ni2MnGa is an ideal model system of the shape-memory alloys family [1]. The key for understanding how they work is to understand and describe the martensitic transformation. These materials are recently under the study – the aim is to find the dependence of their properties on a doping with another element, or various external conditions (pressure, magnetic field, temperature). The domain structure in Ni2MnGa can be induced by application of magnetic field or external pressure, which can be used in applications of these alloys in practice (i.e. as micropumps, or precise actuators).

The first subject of the work will be the preparation of a single-crystalline sample. The growth of the crystall will be performed in the vertical induction furnace with Birdgman method.

Microstructural characterisation of prepared materials will be done with x-ray scattering methods. At first, the sample needs to be oriented using the Laue method [2]. A detailed structure in-situ analysis will be performed with a high-resolution reciprocal space mapping at low temperatures with the use of the deformation stage. The results should track the structure changes close to the martensitic transformation temperature in the dependence of the deformation inside the material. Based on the diffraction measurements, additional important microstructural properties, as twinning or modulation of the structure [3] will be studied.