基于中子衍射研究Sm₂Fe₁₇及其氮化物的内禀磁性

【作者】 林中冲； 杨文云； 查亮； 杨金波；

【机构】 人工微结构和介观物理国家重点实验室北京大学物理学院； 量子物质科学协同创新中心；

【摘要】 由于间隙氮原子的引入,人们成功得到了能与"永磁之王"Nd2Fe14B磁能积相媲美的Sm2Fe17Nx化合物,它可提供足够高的储能密度,被视为是一种具有前途的高性能永磁材料。间隙氮原子的引入能使Sm2Fe17弱的面内磁晶各向异性转变为强单轴各向异性,且大幅度地提高了材料的饱和磁化强度、居里温度。但由于Sm元素对中子具有强吸收,直到目前,人们都未能利用中子衍射技术对该材料展开磁结构的研究。通过优化中子衍射实验,我们在北大高强度中子粉末衍射谱仪(PKU-HIPD)上首次给出了Sm2Fe17及其氮化物的中子衍射图谱,并通过吸收因子的修正解析了磁结构。根据Rietveld精修,我们确定了氮原子主要进入9e (0.5, 0, 0)间隙位,对应氮含量x等于2.68,接近该位置最大的Wigner-Seitz体积大小,表明氮化反应的充分性。实验上确定Sm2Fe17具有面内铁磁结构,且磁矩倾向a轴方向(磁矩偏离a轴约15°),氮化后为磁矩则沿着c方向排列。各个晶位上的Fe磁矩在氮化后均有明显地提高,这主要来源于磁体积效应大大增强的缘故(晶胞体积膨胀约6%)。此外,经氮化反应,与Fe磁矩相反排列的Sm磁矩大小有所降低,这可能是源于晶场下多重态的高能态变化而造成的。上述结果为研究2:17型永磁材料的宏观性质提供了微观机制的证据,为开发下一代低成本高性能永磁材料提供了前景。更多还原