Целью исследования было определить условия, при которых возможно существование такой фазы в сплаве, когда он перестает проявлять свойство гигантской магнитострикции – особой реакции на магнитное поле. Это позволит в будущем получать материалы с заданной структурой и определять, как эта структура влияет на их свойства.
Материалы с гигантской магнитострикцией используются для производства устройств передачи звука, в том числе ультразвука, и датчиков магнитного поля. Они применяются также в механизмах микроперемещений и нажимных устройств, линиях задержки звуковых и электрических сигналов, линейных и ротационных двигателях, магнитомеханических реле и прочих устройствах из области радиотехники и электросвязи.
Магнитострикция – это явление мгновенного удлинения либо сжатия металла под воздействием магнитного поля. Если магнитное поле пульсирует, металлическое изделие «пульсирует» вместе с ним. Существуют металлы, которые проявляют магнитострикцию на порядки выше, чем другие – это явление называется гигантской магнитострикцией (ГМ). Она свойственна, например, редкоземельным металлам, но не только. Галлий не относится к их числу, однако в начале 2000-х годов стало известно, что добавление галлия к железу может усилить магнитострикционный эффект железа примерно в десять раз. Самый широко используемый в настоящее время материал, проявляющий самый большой коэффициент магнитострикции, — терфенол-Д – состоит из железа, тербия и диспрозия. Его недостатком являются низкие механические свойства: он очень хрупкий и плохо поддается механической обработке. Железо-галлиевые сплавы в этом отношении имеют небольшое преимущество: они все еще уступают в пластичности железу, но гораздо лучше обрабатываются, чем терфенол-Д.
Немаловажным является и то, что они проявляют свойство гигантской магнитострикции при обычной, комнатной, температуре.
«Первые сплавы, в которых наблюдался этот эффект, проявляли ГМ при существенно отрицательных температурах. Область применения их была очень ограничена. У Fe-Ga сплавов в этом отношении имеется существенный плюс, и имеется большая перспектива их практического применения», — рассказала старший научный сотрудник ЛНФ ОИЯИ и соавтор исследования Татьяна Вершинина.
Она пояснила, что сама природа явления гигантской магнитострикции в железо-галлиевых сплавах пока еще не известна.
«Ученые пытаются раскрыть этот секрет. Если мы будем иметь возможность контролировать магнитострикцию, то сможем изготавливать различные устройства с заданными характеристиками. Это основная задача всех, кто занимается этими сплавами», — рассказала она.
Исследование ЛНФ было посвящено той части этой задачи, где определялось присутствие в сплавах одной конкретной фазы с химической формулой Fe13Ga9 и было изучено, как она проявляет себя в разных диапазонах температур.
Фазой называется часть сплава, однородная по химическому составу, кристаллической структуре, физическим свойствам и отделенная от других частей сплава поверхностью раздела, при переходе через который все эти характеристики меняются скачкообразно.
По информации ОИЯИ