本发明专利技术提供一种调节Ni-Co-Mn-In合金的马氏相变和磁电阻效应的方法，包括1)将配好的原材料Ni、Mn、In、Co放入电弧炉中抽真空，再用氩气清洗炉腔，之后将炉腔内充入氩气至0.5-1.5个大气压；最后电弧起弧，熔炼合金；2)将熔炼好的合金退火，之后随炉冷却或者淬入液氮或冰水中，从而制备出Ni-Co-Mn-In单相样品；和3)将制备出的单相样品在低于600℃、真空度小于10×10-2Pa的条件下进行退火，退火时间为30分钟-72小时。本发明专利技术还提供了通过该方法得到的Ni-Co-Mn-In合金，其马氏相变温度为240K-350K，1-5T磁场下的磁电阻幅度为50％-100％。可作为磁电阻器件的候选材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁电阻器件领域。具体地，本专利技术涉及一种Ni-Co-Mn-h变磁合金及 其制备处理方法和用途。
技术介绍
由于磁电阻效应在磁存储、读写磁头和相关器件中的广泛应用，人们对磁电阻效 应的研究兴趣日趋高涨。近些年来，人们相继在磁颗粒体系、磁多层膜、钙钛矿锰氧化物 及其薄膜系统中发现巨磁电阻(Giant magnetoresistance, GMR)和庞磁电阻(Colossal magnetoresistance, CMR)效应。2007年度诺贝尔物理学奖授予了在GMR研究和硬盘应用 中做出杰出贡献的法国科学家Albert !^ert和德国科学家Peter Grilnberg。为了寻求能满足不同用途的大磁电阻效应，人们也研究了多种金属间化合物中磁 相变伴随的磁电阻行为。在多个一级相变体系例如FePKMnAs、GdSiGe等中观察到了大的 磁电阻效应。最近报导的具有高Mn含量的新型Heusler合金由于其优越的变磁形状记忆 效应引起了人们的极大兴趣。其物理机制不同于传统的Heusler合金，传统合金中的形状 记忆效应来源于磁场诱导的马氏变体的重排。而在具有高锰含量的变磁Heusler合金中， 马氏相呈现弱磁性，和奥氏母相强铁磁性的巨大差别导致大的keman能 μ0ΔΜ·Η，从而 出现磁场驱动的变磁转变行为，同步发生的结构相变伴随有大的形状记忆效应。进一步的 研究表明，合金中Co的掺入可增加马氏相变前后奥氏体和马氏体相的磁矩差 ΔΜ，从而 增强Zeeman能 μ 0 ΔΜ · H，出现磁场诱发的异常大的应力输出。例如，Ni45Co5Mn36.6Ιη13.4 合金在7Τ磁场下输出的应力超过lOOMPa，高出传统Heusler合金的50倍以上。磁场诱导 的磁性和结构的同时改变伴随有电子结构的改变。自然地，人们期待在这类合金中磁场诱 导的结构相变发生的同时也会出现显著的磁电阻效应。最近人们研究了少量这类合金的磁 电阻效应，例如在马氏相变温度位于190K左右的Ni5tlMn34In16合金中观察到高于60%的磁 电阻。在获得具有大磁电阻效应材料的同时，能随意调节磁电阻发生的温区是人们一直 渴望的。通常地，调节马氏相变温度的手段是通过改变合金的组分配比或者引入其它元素 来影响价电子浓度，从而调节马氏相变温度。前人研究结果表明，当费米面到达布里渊区边 界的时候马氏结构相变发生。体系价电子数的变化将改变费米面从而引起结构的不稳定 性，发生马氏结构相变。我们最新研究发现，新制备的变磁Heusler合金由于快淬过程中形 成的应力而处于亚稳态，通过在中等温度O00-600摄氏度)下后退火处理可达到调节马氏 相变温度的目的。退火造成的应力驰豫影响原子占位、Mn-Mn原子间距和晶格对称性从而 引起Mn-Mn交换耦合、费米面和布里渊区边界的改变，导致体系的磁性和马氏相变温度发 生改变。研究表明，通过改变退火温度和时间可调控应力的驰豫程度，使Ni-Co-MnHn变磁 合金的马氏相变温度发生在不同的温度范围，同时保持材料强的变磁特性不变，从而使大 磁电阻效应可以发生在室温附近很宽的温区范围内，满足实际需要。
技术实现思路
为有助于理解本专利技术，下面定义了一些术语。本文定义的术语具有本专利技术相关领 域的普通技术人员通常理解的含义。除非另外说明，本文所用的术语“IA结构”是指由四个面心立方结构的次晶格A、 B、C、D沿对角线依次移动四分之一相互套叠而成的结构。除非另外说明，本文所用的术语“Heusler型合金”是一种有序的金属间化合物，具 有IA结构，这里的有序是指多种原子按照一定的晶格点阵，各自占有自己的特有位置所形 成的高化学有序结构。德国科学家F. Heusler在1903年首次报导这种高化学有序合金，后 来人们统称这类合金为Heusler型合金。除非另外说明，本文所用的术语“变磁形状记忆合金”是指形状记忆效应来源于变 磁转变行为的合金。具有高锰含量的Heusler合金在合适配比下奥氏母相呈现强铁磁性， 马氏相呈现弱磁性，相变前后磁矩的巨大差别导致大的keman能 μ ^ΔΜ · H，外磁场可 驱动变磁转变行为从而产生大的形状记忆效应。具有这种行为的合金称为变磁形状记忆合金。除非另外说明，本文所用的马氏相变温度“ΤΜ”定义为低磁场下(例如0.02Τ)降 温过程热磁曲线斜率最大值所对应的温度本专利技术的一个目的在于提供一种Ni-Co-Mn-h变磁形状记忆合金。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备所述Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金的 方法。本专利技术再一个目的在于提供一种包括本专利技术所述的Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆 合金的磁电阻器件。本专利技术又一个目的在于提供Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金在制造磁电阻材料 中的应用。本专利技术通过对处于亚稳态的母合金在中等温度Q00-600摄氏度)下后退火处理 达到调节马氏相变温度的目的。新制备的变磁Heusler合金由于快淬过程中形成的应力而 处于亚稳态，退火引起的应力驰豫影响原子占位、Mn-Mn原子间距和晶格对称性从而影响体 系的磁性和马氏相变温度。应力的驰豫程度决定于后退火温度和时间。通过调节退火温度 和时间可调控应力的驰豫度，使Ni-Co-Mn-h变磁合金的马氏相变温度发生在不同的温度 范围，同时保持材料强的变磁特性不变，从而实现在室温附近宽温区内的大磁电阻效应，满 足实际需要。一方面，本专利技术提供了一种Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金，所述合金的化学通 式 NixCotlMnxInz,其中χ的范围为0-60;y的范围为0-80，并且满足y彡χ/2 ；ζ的范围为0-50;q的范围为0-15，并且满足95彡x+y+z+q彡105 ；所述的Ni-Co-Mn-h变磁形状记忆合金的马氏相变温度为M0K-350K。 优选地，所述Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金1_5T磁场下的磁电阻幅度为 50% -100%，这里磁电阻 MR 定义为=MR = /R(O)。另一方面，本专利技术提供一种制备所述Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金的方法，所 述方法包括以下步骤1)将配好的原材料Ni、Mn、In、Co放入电弧炉中抽真空，再用氩气清洗炉腔，之后 将炉腔内充入氩气至0. 5-1. 5个大气压；最后电弧起弧，熔炼合金；2)将熔炼好的合金退火，之后随炉冷却或者淬入液氮或冰水中，从而制备出 Ni-Co-Mn-In单相样品；和3)将制备出的单相样品在低于600°C、真空度小于10 X10_2I^的条件下进行退火， 退火时间为30分钟-72小时。优选地，根据如前所述的方法，所述步骤幻中的退火温度为200-600°C。优选地，根据如前所述的方法，所述步骤幻中的退火是在800-100(TC、真空度小 于IOX IO-3Pa的条件下进行的，退火时间为30分钟-10天。优选地，根据如前所述的方法，所述步骤1)中的原材料Ni、Mn、In、Co的纯度大于 99wt%。优选地，根据如前所述的方法，所述步骤1)中氩气的纯度大于99%，并且熔炼合 金的温度为1000-2500°C。再一方面，本专利技术提供一种磁电阻器件，所述磁电阻器件包括如前所述的 Ni-Co-Mn-In变磁形状记忆合金。再一方面，本专利技术提供所述的Ni-Co本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ－Ｉｎ变磁形状记忆合金，所述合金的化学通式Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｏ↓［ｑ］Ｍｎ↓［ｘ］Ｉｎ↓［ｚ］，其中： ｘ的范围为０－６０； ｙ的范围为０－８０，并且满足ｙ≥ｘ／２； ｚ的范围为０－５０； ｑ的范围为０－１５，并且满足９５≤ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｑ≤１０５； 其特征在于，所述的Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｎ－Ｉｎ变磁形状记忆合金的马氏相变温度为２４０Ｋ－３００Ｋ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡凤霞，陈岭，王晶，孙继荣，沈保根，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11
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