SCMs|织构与磁体积效应协同作用诱导MnFeSi合金产生二维零热膨胀

零热膨胀合金在精密控制工程中具有独特的应用。然而，实现零热膨胀的苛刻条件，即自旋、晶格和电荷之间存在的适当耦合，使得零热膨胀合金的种类稀少。

近日，北京科技大学邢献然教授和林鲲教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，报告了一种在体积表现为正热膨胀合金中，通过调节晶体学取向和磁体积效应来实现二维零热膨胀行为的途径。基于此，在MnFe₄Si₃中获得了宽温度区间(10–310 K)的具有热膨胀系数α_l = 0.45 × 10⁻⁷ K⁻¹的二维零热膨胀合金。

图1 晶格热膨胀和磁性结构。

同步加速器X射线衍射、中子衍射、电镜和磁性测试的结果表明，这种零热膨胀行为由6g位置上的Fe在a-b面内的磁矩以及块体织构共同决定。此外，Mn_1.5Fe_3.5Si₃和Mn₂Fe₃Si₃化合物表现出混磁性和负热膨胀行为，这起源于Fe_4d–Fe_6g (JFM) 铁磁性和Mn_4d–Mn_6g (JAFM) 反铁磁性相互作用之间的竞争。这种方法能够扩展到其他磁性或铁电材料中，以设计新的低膨胀或负膨胀块体材料。

文章信息

Yu, C., Lin, K., Cao, Y. et al. Two-dimensional zero thermal expansion in low-cost Mn_xFe_5−xSi₃ alloys via integrating crystallographic texture and magneto-volume effect. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1996-2

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