Том 125, № 12 (2024)

Приведены результаты прямых измерений адиабатического изменения температуры (DT_aд) в сплаве Ni₄₇Mn₄₀Sn₁₃ в циклических магнитных полях методом модуляции магнитного поля. На температурной зависимости МКЭ обнаружен прямой (DT_aд>0) и обратный (DT_aд <0) МКЭ. Величина обратного эффекта в циклическом магнитном поле зависит от скорости температурного сканирования. Увеличение частоты циклического магнитного поля от 1 до 30 Гц в поле с индукцией 1.2 Тл приводит к уменьшению величины прямого эффекта более чем в 2 раза. В циклическом магнитном поле с индукцией 1.2 Тл при частотах f ≥ 1 Гц наблюдается полное исчезновение — “коллапс” обратного магнитокалорического эффекта, при этом величина DТ_ад при разовом включении магнитного поля равна −0.49 К. Зависимость величины обратного эффекта от скорости температурного сканирования наряду с сильной частотной зависимостью является как следствием проявления необратимости магнитоструктурного фазового перехода из-за гистерезиса, так и наличием фазовых неоднородностей, которые влияют на кинетику фазового перехода.

Высокоэнтропийный магнитный сплав GdTbDyHoEr в объемном состоянии был получен методом индукционной плавки и в виде лент методом быстрой закалки из расплава. Проанализированы особенности структуры, магнитных и магнитокалорических свойств данных материалов. Оба состояния сплава характеризуются наличием гексагональной структуры. Изменение магнитной части энтропии DS_M было определено по данным измерений магнитных изотерм на основе соотношения Максвелла. Максимальная величина DS_M наблюдается при температуре 175 K и для амплитуды изменения магнитного поля 2 Tл составляет примерно 1.8 и 2.6 Дж/кг×К для объемного и быстрозакаленного состояний сплава, соответственно. С учетом полученных параметров магнитокалорического эффекта данные материалы можно считать перспективными для приложений в устройствах магнитного охлаждения.

Исследовано влияние буферного слоя Mn_xGe_y на морфологию, транспортные и магнитные свойства тонких пленок Mn₅Ge₃, выращенных на подложках Si(111). С помощью рентгеноструктурного анализа и атомно-силовой микроскопии обнаружено, что изменение толщины и строения буферного слоя с градиентным составом Mn_xGe_y позволяет управлять кристаллическим качеством и гладкостью эпитаксиальных пленок. Изменение микроструктуры и рельефа не влияет на температуру фазовых переходов, выявленных из температурных зависимостей удельного сопротивления и намагниченности при 75 K и 300 K. Показано, что особенности формы кривой намагничивания для пленок с различными буферными слоями тесно связаны с неоднородностью пленок по толщине и рельефу при сохранении микромагнитных констант и ориентации оси легкого намагничивания. Была рассчитана величина изменения магнитной части энтропии DS, которая составила 2.1 Дж кг^-1 К^-1 при 1 T, что сравнимо с эффектом в гадолинии и превышает эффект в пленках Mn₅Ge₃(001), выращенных на подложках GaAs.

Машинное обучение — мощный инструмент, позволяющий существенно ускорить и упростить разработку новых материалов и оптимизацию их функциональных свойств. В последние несколько лет наблюдается экспоненциальный рост количества научных публикаций, посвященных использованию машинного обучения в науке о материалах. С помощью такого подхода активно разрабатываются и исследуются различные материалы, в том числе магнитные. Целью статьи является реализация критического обзора исследований, в которых используется машинное обучение для прогнозирования функциональных свойств магнитомягких и магнитотвердых материалов. Статья состоит из трех частей: в первой части описываются общие принципы и алгоритмы машинного обучения, а также особенности его использования для решения практических задач в материаловедении; во второй части представлены современные достижения в области разработки магнитных функциональных сплавов с помощью машинных алгоритмов; в последней части приводится критический анализ использования методов машинного обучения в данной области, проанализированы его достоинства и недостатки, и даны рекомендации по организации таких исследований.

В предлагаемом обзоре по возможности полно и подробно описана структура своеобразных топологических возбуждений магнитоупорядоченных сред — так называемых двумерных магнитных вихрей. Магнитные вихри являются частным случаем дефектов в физике конденсированных сред. Поэтому в начале обзора кратко изложена структура вихрей в гидродинамике и сверхтекучей жидкости и дислокаций в физике твердого тела. Определенная часть обзора посвящена выявлению структуры плоских вихрей, инстантонов, спиральных вихрей, магнитных “мишеней”, вихревых полос и их взаимодействие аналитическими методами. Методами дифференциальной геометрии представлено общее решение двумерного изотропного ферромагнетика. Обсуждаются двумерные вихри с анизотропным обменным взаимодействием. Значительная часть обзора посвящена геликоидальным структурам и вихрям (скирмионам) в киральных магнетиках, включая их теоретическое описание на основе функционала с взаимодействием Дзялошинского–Мория, и приводятся результаты первых экспериментов обнаружения одномерных спиральных структур. Дано теоретическое описание скирмиона и двумерной скирмионной решетки в объемном кристалле. Отмечено, что взаимодействие Дзялошинского–Мория существенно меняет морфологию скирмионов с произвольным топологическим зарядом. Такие структуры представляют из себя “мешок”, оболочкой которого являются k$\pi$ -скирмионы. Описаны архимедовы спиральные вихри, наблюдаемые в эксперименте, и предсказана новая равновесная фаза — гексагональная решетка архимедовых спиралей.

Исследованы электросопротивление, намагниченность и эффект Холла в ферромагнитных сплавах Гейслера Co₂FeZ (Z = Al, Si, Ga, Ge, Sn, Sb). Выявлено, что между электронными и магнитными характеристиками изученных сплавов существует ряд корреляций, проявляющихся при изменении атомного номера Z-компоненты. Для сплавов Co₂FeAl и Co₂FeSi, которые являются полуметаллическими ферромагнетиками, величина намагниченности согласуется с правилом Слэтера–Полинга. Для соединений Co₂FeAl, Co₂FeSi и Co₂FeGe имеет место квадратичная температурная зависимость электросопротивления при температурах ниже 30 K и выше 65 К, а в области промежуточных температур (от 40 K до 65 K) наблюдается степенная зависимость ~T ^b с показателем 3.5 ≤ b ≤ 4, что может быть обусловлено двухмагнонными процессами рассеяния.

Изучено влияние различных термообработок на магнитные свойства и микроструктуру магнитов, изготовленных по низкокислородной технологии из сплава (Nd,Pr)_31.9Fe_ост.(Co, Cu, Al, Ga)_1.7B_0.8 (вес. %). Показано, что двухступенчатая термообработка приводит к существенному увеличению коэрцитивной силы магнитов по сравнению с одноступенчатой. Получены магниты с характеристиками (B_r = 13.2 кГс, _MH_c = 17.9 кЭ, _BH_c = 12.5 кЭ, (BH)_max = 42.4 МГсЭ, α = –0.11 %/°С, β = –0.54 %/°С), соответствующими свойствам магнитов (Nd,Dy)–Fe–B, используемых для производства магнитных систем ветроэлектрогенераторов. Использование Pr и Ga позволяет снизить стоимость исходного сплава по сравнению со сплавами с Dy.

Методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии исследована структура сверхпроводящих слоев в композитах с внутренними источниками олова и распределенным Nb барьером. Показано, что внешний диаметр композита (1 мм, 0.7 мм и 0.5 мм) оказывает влияние на морфологию, размер зерен и состав слоев сверхпроводящей фазы Nb₃Sn, формирующихся при реакционной термообработке по режиму 370°С, 100 ч + 665°С, 40 ч. Остаточный ниобий обнаружен в 10% субэлементов в образце ∅ 1 мм, 4% в образце ∅ 0.7 мм и 0.8% в образце ∅ 0.5 мм. Минимальный средний размер зерен Nb₃Sn наблюдается в композите диаметром 0.7 мм.

Исследована эволюция структуры Al–1.8%Mn–1.6Cu сплава в процессе деформации методом кручения под высоким давлением при комнатной и повышенной температурах. Установлена последовательность механизмов формирования ультрамелкозернистой структуры, обнаружена цикличность фазовых превращений — частичного растворения и выделения наноразмерных частиц. Установлено, что старение, которое происходит при накопленной деформации е=6.9, сдерживает процесс роста зерен в ходе деформации при повышенной температуре. Определено влияние структурно-фазовых превращений на прочность и пластичность сплава. В результате деформации временное сопротивление повышается в 3 раза, а условный предел текучести в 7 раз. Динамическая рекристаллизация приводит к снижению прочности и к существенному повышению пластичности сплава.

Изучено влияния равноканального углового прессования (РКУП) на структуру и механические свойства опытного алюминиевого сплава эвтектического состава Al–6Ca–3Ce (вес.%). РКУП заготовок в исходно литом состоянии осуществляли в изотермических условиях при температуре 200°С за 4 прохода, используя маршрут прессования B_C. Установлено, что в результате РКУП одновременно улучшается прочность (в 2 раза) и пластичность сплава (в 5–15 раз). Выявлена анизотропия свойств: прочность в поперечном направлении ниже на 5–15%, а относительное удлинение выше в 3 раза по сравнению с соответствующими характеристиками в продольном направлении. Достигнутый комплекс свойств обусловлен формированием ультрамелкозернистой структуры с невысокой плотностью дислокаций и измельчением частиц эвтектики. Более высокая пластичность образца в поперечном направлении обусловлена меньшей протяженностью границ эвтектических частиц, тормозящих движение дислокаций.

Методом дифракции нейтронов с высоким пространственным разрешением (~0.2 мм) исследованы остаточные напряжения в пластинах из конструкционной легированной (Cr, Si, Mn) стали толщиной 5 мм после дробеударной обработки. Показано, что остаточные напряжения образуются не только вблизи обработанной поверхности, а по всей толщине пластины. Зоны сжимающих напряжений образуются вблизи обработанной и необработанной поверхностей пластин, а зона растягивающих напряжений — в средней части. Интенсивность дробеударной обработки влияет на ширину зон и величину максимальных напряжений. Проведены нейтронные эксперименты по измерению напряжений вблизи обработанной поверхности пластин с использованием метода sin²ѱ. Результаты согласуются с результатами, полученными традиционным методом измерения трех компонент деформации. Нейтронный метод sin²ѱ может быть использован для измерения напряжений вблизи поверхности образцов большой толщины, поскольку в отличие от традиционного метода не имеет принципиальных ограничений по толщине образца.