Stopy Heuslera

Struktura krystaliczna fazy Heuslera X2YZ

Stopy Heuslera (fazy Heuslera) – grupa związków chemicznych i stopów o ogólnym wzorze X2YZ (gdzie X i Y to atomy z grupy pobocznej (metale przejściowe, ziemie rzadkie), a Z to atom z grupy głównej), krystalizujących w układzie regularnym ściennie centrowanym (fcc, grupa przestrzenna Fm3m, nr 225)[1]. Fazy Heuslera mają wiele interesujących właściwości fizycznych z aplikacyjnego punktu widzenia. Nazwa materiałów pochodzi od nazwiska niemieckiego uczonego Friedricha Heuslera(niem.) (1866–1947), który opisał tego typu układy w 1903 roku[2].

Typy/strukturaEdytuj

Wśród faz Heuslera można wyróżnić trzy różne podstruktury:

  • tzw. cały Heusler (ang. full-Heusler) – struktura typu Cu2MnAl o stechiometrii 2:1:1, grupa przestrzenna Fm3m, nr 225.
  • tzw. pół-Heusler (ang. half-Heusler) – struktura typu MgAgAs o stechiometrii 1:1:1, grupa przestrzenna F43m, nr 216[3]. W tej fazie atomy znajdują się na pozycjach: X: 4a (0,0,0), Y: 4b (1/2,1/2,1/2), Z: 4c (1/4,1/4,1/4). Dla tej fazy reguły związane z ilością elektronów walencyjnych są inne. Np. właściwości półprzewodnikowe obserwuje się dla związków z 8 lub 18 elektronami walencyjnymi[4].
  • tzw. odwrócony Heusler (ang. inverse Heusler) – struktura typu Hg2CuTi, grupa przestrzenna F43m, nr 216. W tej fazie atomy znajdują się na pozycjach: X: 4a (0,0,0) i 4d (3/4, 3/4, 3/4), Y: 4b (1/2,1/2,1/2), Z: 4c (1/4,1/4,1/4)[5].

Właściwości fizyczneEdytuj

Cechą wspólną wszystkich faz Heuslera jest ich struktura krystalograficzna, którą można opisać jak cztery przenikające się sieci fcc. Atomy X znajdują się na pozycji 8c (1/4,1/4,1/4), atomy Y są w zlokalizowane na pozycji 4a (0,0,0), a atomy Z na 4b (1/2,1/2,1/2). Właściwości fizyczne faz Heuslera zależą od składu chemicznego i od ilość elektronów walencyjnych przypadających na jednostkę formuły[6]. W zależności od składu chemicznego w fazach Heuslera można obserwować wiele różnych zjawisk i efektów fizycznych:

Właściwości fizyczne stopów Heuslera można modyfikować poprzez zmianę składu chemicznego.

Przykłady stopów HeusleraEdytuj

Do faz Heuslera zalicza się ponad 1500 związków i stopów[5], np.:

  • Cu2MnAl, Cu2MnIn, Cu2MnSn
  • Ni2MnAl, Ni2MnIn, Ni2MnSn, Ni2MnSb, Ni2MnGa
  • Co2MnAl, Co2MnSi, Co2MnGa, Co2MnGe, Co2NiGa
  • Pd2MnAl, Pd2MnIn, Pd2MnSn, Pd2MnSb, Pd2ErSb, Pd2HoSb
  • Co2FeSi, Co2FeAl, Co2FeGe
  • Fe2VAl, Fe2MnGa
  • Mn2VGa

PrzypisyEdytuj

  1. Tanja Graf, Jürgen Winterlik, Lukas Müchler, Gerhard H. Fecher, Claudia Felser, Stuart S.P. Parkin: Magnetic Heusler Compounds. W: Handbook of Magnetic Materials, vol. 21. Elsevier, 2013, s. 1–75. DOI: 10.1016/B978-0-444-59593-5.00001-5. ISBN 978-0-444-59593-5.
  2.   Heusler F.. Über magnetische Manganlegierungen. „Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft”. 12, s. 219, 1903 (niem.). [dostęp 2017-02-19]. 
  3. F. Casper, T. Graf, S. Chadov, B. Balke i inni. Half-Heusler compounds: novel materials for energy and spintronic applications. „Semiconductor Science and Technology”. 27 (6), s. 063001, 2012. DOI: 10.1088/0268-1242/27/6/063001. 
  4.   Hem Chandra Kandpal, Claudia Felser, Ram Seshadri. Covalent bonding and the nature of band gaps in some half-Heusler compounds. „Journal of Physics D: Applied Physics”. 39 (5), s. 776, 2006. DOI: 10.1088/0022-3727/39/5/S02. arXiv:cond-mat/0509472. 
  5. a b c Graf, Tanja, Felser, Claudia, Parkin, Stuart S.P.. Simple rules for the understanding of Heusler compounds. „Progress in Solid State Chemistry”. 39 (1), s. 1-50, 2011. DOI: 10.1016/j.progsolidstchem.2011.02.001. 
  6.   Chris J. Palmstrøm. Heusler compounds and spintronics. „Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials”. 62 (2), s. 371-397, 2016. DOI: 10.1016/j.pcrysgrow.2016.04.020. 
  7. D. P. Oxley, R. S. Tebble, K. C. Williams. Heusler Alloys. „Journal of Applied Physics”. 34 (4), s. 1362-1364, 1963. DOI: 10.1063/1.1729511. 
  8. H. Itoh, T. Nakamichi, Y. Yamaguchi, N. Kazama. Neutron Diffraction Study of Heusler Type Alloy Mn0.47V0.28Al0.25. „Trans. Jpn. Inst. Met.”. 24, s. 265–271, 1983. DOI: 10.2320/matertrans1960.24.265. 
  9.   Jeong, T., Weht, Ruben, Pickett, W. E.. Semimetallic antiferromagnetism in the half-Heusler compound CuMnSb. „Phys. Rev. B”. 71 (18), s. 184103, 2005. DOI: 10.1103/PhysRevB.71.184103. arXiv:cond-mat/0505624. 
  10. R. Kainuma, Y. Imano, W. Ito, H. Morito i inni. Metamagnetic shape memory effect in a Heusler-type Ni
    43
    Co
    7
    Mn
    39
    Sn
    11
    polycrystalline alloy
    . „Applied Physics Letters”. 88 (19), s. 192513, 2006. DOI: 10.1063/1.2203211.
     
  11. Huang, Lihong, Zhang, Qinyong, Yuan, Bo, Lai, Xiang i inni. Recent progress in half-Heusler thermoelectric materials. „Materials Research Bulletin”. 76, s. 107-112, 2016. DOI: 10.1016/j.materresbull.2015.11.032. 
  12. H. Lin, LA. Wray, Y. Xia, S. Xu i inni. Half-Heusler ternary compounds as new multifunctional experimental platforms for topological quantum phenomena. „Nat Mater”. 9 (7), s. 546-549, 2010. DOI: 10.1038/nmat2771. PMID: 20512153. 
  13.   A. Roy, JW. Bennett, KM. Rabe, D. Vanderbilt. Half-Heusler semiconductors as piezoelectrics. „Phys Rev Lett”. 109 (3), s. 037602, 2012. DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.037602. arXiv:1107.5078. PMID: 22861897. 
  14. Feng-xia Hu, Bao-gen Shen, Ji-rong Sun. Magnetic entropy change in Ni
    51.5
    Mn
    22.7
    Ga
    25.8
    alloy
    . „Applied Physics Letters”. 76 (23), s. 3460-3462, 2000. DOI: 10.1063/1.126677.
     

Linki zewnętrzneEdytuj