高熵合金:结构无序和磁性

高熵合金:结构无序和磁性

正在研究的 Cantor 合金由铬(灰色)、锰(粉红色)、铁(红色)、钴(蓝色)和镍(绿色)组成。 X 射线方法允许以特定元素的方式探测每个单独的组件。 图片来源:A. Kuzmin/拉脱维亚大学和 A. Smekhova/HZB

高熵合金或 HEA 由五种或更多不同的金属元素组成,是一类非常有趣的材料,具有多种潜在应用。 由于 HEA 的宏观性质强烈依赖于原子间的相互作用,因此研究人员可以通过特定元素的技术探测它们在每个单独元素周围的局部结构和结构无序。

现在,一个团队研究了一种所谓的 Cantor 合金——一种用于研究高熵对局部和宏观尺度的影响的模型系统。

BESSY II 的工具箱

为了研究单个组件的局部环境,该团队在 BESSY II 上使用了多边 X 射线吸收光谱 (EXAFS),然后使用反向蒙特卡罗方法来分析收集的数据。 使用 X 射线磁圆二色谱 (XMCD) 技术额外探测了合金中每种元素的磁性。

通过传统的磁力测量法,科学家们证明了磁相变的存在,并发现了一些复杂磁序的特征,其中不同磁相共存。

散装和纳米薄膜样品的共同趋势

与大块样品相比,由该合金制成的所检查的纳米晶薄膜的结果显示出一些共同趋势,例如铬的最大晶格弛豫和锰的仍然有趣的磁行为,这与薄膜的宏观磁行为一致。

“高熵合金是一类极其多样化和令人兴奋的材料”,HZB 的物理学家和该论文的第一作者 Alevtina Smekhova 博士说。 “通过在原子尺度上探测单个组件的行为,我们将为进一步开发具有所需多功能性的新复杂系统获得有价值的线索,”她说。

向该研究的第一作者 Alevtina Smekhova 博士提出三个简单的问题:

什么是高熵合金?

全类“高熵”材料的主要思想是混合五种或五种以上的元素,看看宏观性质会如何变化。 当一种材料中有这么多元素时,无法分辨出有“基体”和“稀有材料”,因此所有元素在固溶体中都“相等”,但由于其行为仍然不同它们各自的特性,如大小、电荷、电子数、电负性等。

为什么这些 HEA 如此有趣?

研究发现,与传统合金相比,许多宏观性能,如机械硬度、抗辐照性、催化活性和许多其他性能都得到了显着改善。 似乎所有这些属性都与局部配置的数量有关,由于元素的数量,这是巨大的——数十亿。

是否已经知道如何使用它们?

是的,当然。 这些合金耐热和耐辐射,可用作极端条件下的不同涂层,例如在反应堆或航空中。 最近的化学实验表明,HEA 有利于可再生能源应用和催化,例如水分解。 现在很多人都在寻找新的特性和应用,推动该领域发展的关键因素是了解合金的各个成分在原子尺度上的行为方式。 使用来自同步加速器的 X 射线,几乎可以找到所有这些问题的答案。

该研究发表在 纳米研究.


一种设计具有改进磁性能的高熵合金的机制


更多信息:
低至原子尺度的纳米晶富锰 Cantor 合金薄膜的局部结构和磁性, 纳米研究 (2022 年)。 DOI: 10.1007/s12274-022-5135-3

由德国研究中心亥姆霍兹协会提供

引文:高熵合金:结构无序和磁性(2022 年 10 月 20 日)于 2022 年 10 月 20 日检索自 https://phys.org/news/2022-10-high-entropy-alloys-disorder-magnetic.html

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