磁制冷材料精細(xì)晶體結(jié)構(gòu)與磁性質(zhì)關(guān)聯(lián)機理研究取得進展

      近日，寧波材料所稀土磁性功能材料實驗室博士研究生邵艷艷等人利用上海同步輻射光源硬X射線，研究了鑭系磁熱化合物及其氫化物的晶體結(jié)構(gòu)，在磁體積相變材料中*建立了局域精細(xì)結(jié)構(gòu)與磁性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

研究人員首先通過分析拓展邊X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)EXAFS譜，變換傅里葉和反傅里葉關(guān)系，并對振蕩函數(shù)進行擬合，從而*優(yōu)化了晶格參數(shù)，構(gòu)建了更加準(zhǔn)確的晶格模型，證實了氫原子占據(jù)2個FeI, 4個FeII/Si中心的24d位置。

另外，晶胞中氫原子含量決定了磁體積相變的轉(zhuǎn)變溫度，即居里溫度，但是晶胞*多能容納氫原子的飽和量并無定論。以往研究認(rèn)為飽和氫含量和晶格體積的大小有關(guān)，也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)充氫后居里溫度對壓力的依賴變小，即認(rèn)為氫化物中氫原子和周圍化學(xué)環(huán)境存在價電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。本工作通過觀察La的X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)XANES譜，觀察到白線峰在充氫后顯著降低，直接證明了La原子局域環(huán)境影響著La與氫原子之間的價電子轉(zhuǎn)移并決定容氫能力大小，晶格體積對氫容量的作用次之。

*后，關(guān)于La（Fe，Si）13居里溫度的決定因素，一般認(rèn)為由晶格體積和Fe的d電子以及Si的s電子間的軌道雜化共同作用，有研究通過數(shù)據(jù)對比間接表明軌道雜化起主導(dǎo)作用。我們利用Fe元素K邊XANES邊前峰來直接表征雜化作用的強弱關(guān)系，在Fe含量高的化合物中，F(xiàn)e元素K邊前峰更強烈，表明3d軌道有更多的空帶，導(dǎo)致多數(shù)3d電子從局域態(tài)轉(zhuǎn)移到巡游態(tài)，其局域電子降低使得Fe-Si雜化減弱，帶來居里溫度降低，因此揭示了Fe的d電子和Si的s電子雜化程度極大影響了居里溫度高低。而對于氫化物而言，邊前峰基本重合表明了Fe與Si的雜化程度相似，因而氫化物主要由晶格體積因素，而非軌道雜化決定居里溫度。

這種基于電子層面的精細(xì)結(jié)構(gòu)表征技術(shù)*應(yīng)用于LaFeSi磁熱材料的研究，對理解巨磁熵機理有著較強的啟發(fā)作用，對原子摻雜或元素替代調(diào)控居里溫度起到工程上的指導(dǎo)作用，也為研究和挖掘磁熱材料的新體系和新功能提供了借鑒思路。該研究工作受到國家重點研發(fā)計劃資助（2017YFB0702703），成果*近發(fā)表在Acta Materialia (2018, v.150, p.206) 上。