Mn-deficient Ni-Mn-Ga alloys: phase transitions, magnetic properties, and disappearance of martensitic transformation
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि संरचनात्मक प्रवणता वाले Mn-कमी वाले Ni-Mn-Ga ओलिगोक्रिस्टल यह प्रकट करने के लिए एक प्रभावी मंच के रूप में कार्य करते हैं कि मार्टेंसिटिक और प्रीमार्टेंसिटिक रूपांतरण एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन सांद्रता सीमा () से नीचे अचानक गायब हो जाते हैं, जबकि संतृप्ति चुंबकत्व Mn सामग्री के 25.8 at.% तक बढ़ने के साथ बढ़ता है।
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कुछ सामग्रियों के पास एक छिपी हुई महाशक्ति होती है: वे चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आने पर अपना आकार बदल सकती हैं, जो एक यांत्रिक मांसपेशी की तरह आगे-पीछे झटकती हैं। यह घटना, जिसे मैग्नेटिक शेप मेमोरी इफेक्ट (चुंबकीय आकार स्मृति प्रभाव) के रूप में जाना जाता है, एक विशिष्ट प्रकार की धातु मिश्र धातु पर निर्भर करती है जो दो अलग-अलग आंतरिक संरचनाओं में रह सकती है। एक संरचना एक स्थिर, उच्च-तापमान वाला घन (cube) है, जबकि दूसरी एक निम्न-तापमान वाली, विकृत (distorted) संस्करण है। जब सामग्री ठंडी होती है, तो यह घन से विकृत आकार में बदल जाती है, और जब एक चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, तो इसे वापस बदलने के लिए मजबूर किया जा सकता है, जिससे एक शक्तिशाली भौतिक गति उत्पन्न होती है। वैज्ञानिक इन उपकरणों को बनाने के लिए इस व्यवहार में महारत हासिल करने के लिए उत्सुक हैं जो बिना किसी चलते हुए पुर्जों के चुंबकीय ऊर्जा को सीधे गति या शीतलन शक्ति में परिवर्तित कर सकें। हालाँकि, इन धातुओं के लिए सही रेसिपी खोजना कठिन है क्योंकि उनका व्यवहार उनके अवयवों (ingredients) के सटीक मिश्रण के प्रति अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील होता है। एक तत्व की मात्रा में मामूली बदलाव भी सामग्री को पूरी तरह से काम करने से रोक सकता है या उस तापमान को बदल सकता है जिस पर यह संचालित होती है।
चेक गणराज्य के शोधकर्ताओं के एक दल ने यह समझने के लिए प्रयास किया कि सामग्रियों के संतुलन का इन आकार बदलने वाली धातुओं पर क्या प्रभाव पड़ता है, विशेष रूप से निकल, मैंगनीज और गैलियम से बनी एक मिश्र धातु। एक एकल, पूर्ण क्रिस्टल बनाने के बजाय, जिसे उगाना अत्यंत कठिन है, उन्होंने विनिर्माण प्रक्रिया में पाई जाने वाली एक सामान्य खामी को अपनाया: धातु की छड़ की लंबाई के साथ संरचना में क्रमिक परिवर्तन। जब इन मिश्र धातुओं को नियंत्रित तरीके से पिघलाया और ठंडा किया जाता है, तो विभिन्न तत्व हमेशा समान रूप से नहीं मिलते। छड़ के कुछ हिस्से ऐसे होते हैं जिनमें मैंगनीज थोड़ा अधिक होता है, जबकि अन्य में गैलियम अधिक होता है। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि इस असमानता को एक दोष के रूप में देखने के बजाय, वे इसका उपयोग एक प्राकृतिक प्रयोगशाला के रूप में कर सकते हैं। इस मिश्र धातु की लंबी, पतली छड़ें उगाकर और उनकी लंबाई के विभिन्न स्थानों का अध्ययन करके, वे धातु के निर्माण के इतिहास को बिल्कुल समान रखते हुए, इसके रासायनिक मेकअप में होने वाले सूक्ष्म, प्राकृतिक परिवर्तनों के जवाब में सामग्री के गुणों में होने वाले बदलावों को देख सकते थे।
टीम ने एक विशेष ऑप्टिकल भट्टी का उपयोग करके इस निकल-मैंगनीज-गैलियम मिश्र धातु की तीन अलग-अलग छड़ें तैयार कीं, जो धातु के एक छोटे क्षेत्र को पिघलाती है और उसे एक छड़ के साथ धीरे-धीरे आगे बढ़ाती है। एक छड़ को जानबूझकर सामान्य से कम मैंगनीज के साथ बनाया गया था, जबकि अन्य दो मानक रेसिपी के करीब थीं। छड़ें बनने के बाद, शोधकर्ताओं ने उन्हें लंबाई में काटा और अत्यधिक सटीकता के साथ उनका विश्लेषण किया। उन्होंने छड़ के कई बिंदुओं पर रासायनिक संरचना का मानचित्रण किया, जिससे पुष्टि हुई कि मैंगseits और गैलियम का स्तर एक छोर से दूसरे छोर तक धीरे-धीरे बदलता है, जबकि निकल काफी स्थिर रहता है। इसके बाद उन्होंने आंतरिक व्यवस्था में सुधार के लिए एक हीट ट्रीटमेंट (ऊष्मा उपचार) किया, जो स्टील को टेम्परिंग करने जैसी एक प्रक्रिया है, ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह अंतरों को कम कर पाता है। हीट ट्रीटमेंट ने रासायनिक ग्रेडिएंट्स (सांद्रता प्रवणता) को नहीं मिटाया; छड़ में अभी भी ऊपर से नीचे तक सामग्रियों का एक स्पष्ट अंतर था, जिसने वैज्ञानिकों को एक ही सामग्री के टुकड़े में विभिन्न संरचनाओं का अध्ययन करने की अनुमति दी।
विभिन्न स्थानों से लिए गए नमूनों का परीक्षण करके, शोधकर्ताओं ने सामग्री के व्यवहार में एक स्पष्ट विभा dividing रेखा की खोज की। उन्होंने पाया कि मिश्र धातु की आकार बदलने की क्षमता पूरी तरह से मौजूद मैंगनीज की मात्रा पर निर्भर करती है। छड़ों के उन हिस्सों में जहाँ मैंगनीज की मात्रा कम थी, विशेष रूप से 20.5 और 22.0 प्रतिशत के बीच, सामग्री ने अपनी संरचना बदलने का कोई संकेत नहीं दिखाया, यहाँ तक कि अत्यधिक कम तापमान तक ठंडा करने पर भी। यह अपने उच्च-तापमान वाले घन रूप में ही रही, और बदलने से इनकार कर दिया। हालाँकि, जैसे ही मैंगनीज की मात्रा 22.1 प्रतिशत या उससे अधिक हो गई, रूपांतरण अचानक प्रकट हो गया। इन खंडों में, तापमान बदलने के साथ सामग्री दो आकारों के बीच स्विच करने लगी, जैसा कि वैज्ञानिकों ने उम्मीद की थी। यह सुझाव देता है कि आकार बदलने की क्षमता को ट्रिगर करने के लिए मैंगनीज का एक विशिष्ट थ्रेशोल्ड (सीमा) आवश्यक है, और इस सीमा से ठीक नीचे गिरने पर यह प्रभाव पूरी तरह से गायब हो जाता है।
अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि सामग्री की चुंबकीय शक्ति इसकी संरचना के साथ कैसे बदलती है। जैसे-जैसे मैंगनीज की मात्रा बढ़ी, सामग्री अधिक चुंबकीय हो गई, और 25.8 प्रतिशत मैंगनीज पर अपने उच्चतम बिंदु पर पहुँच गई। इस स्तर पर, सामग्री एक महत्वपूर्ण चुंबकीय आवेश धारण कर सकती है, जो आकार को हिलाने के लिए आवश्यक बल उत्पन्न करने के लिए महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि जिन तापमानों पर आकार परिवर्तन होता है, वे मैंगनीज की मात्रा बढ़ने के साथ सामान्यतः बढ़ते जाते हैं। इसका अर्थ यह है कि मैंगनीज की मात्रा को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, इंजीनियर इस मिश्र धातु को विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए, जैसे कि कमरे के तापमान या शरीर के तापमान पर, ट्यून (समायोजित) कर सकते हैं। उनके द्वारा लागू किए गए हीट ट्रीटमेंट ने इन तापमानों को थोड़ा बदल दिया, जिससे पता चला कि परमाणुओं की आंतरिक व्यवस्था रासायनिक मिश्रण के साथ मिलकर भूमिका निभाती है।
अंततः, यह कार्य प्रदर्शित करता है कि तत्वों का असमान वितरण, जिसे अक्सर विनिर्माण में एक दोष माना जाता है, खोज के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है। इन स्वाभाविक रूप से ग्रेडिएंट वाली छड़ों का उपयोग करके, शोधकर्ता कई अलग-अलग, पूर्ण रूप से समान नमूनों को बनाने की तुलना में अधिक स्पष्टता के साथ रासायनिक संरचना और चुंबकीय व्यवहार के बीच के संबंध को मैप करने में सक्षम थे। उन्होंने पुष्टि की कि मैंगनीज की मात्रा द्वारा संचालित एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉन गणना, आकार बदलने की क्षमता के लिए एक स्विच के रूप में कार्य करती है। यदि मैंगनीज बहुत कम है, तो स्विच बंद रहता है, और सामग्री एक स्थिर धातु बनी रहती है। यदि यह पर्याप्त रूप से अधिक है, तो स्विच चालू हो जाता है, और सामग्री को चुंबकीय प्रभाव के तहत हिलने और आकार बदलने की क्षमता प्राप्त होती है। यह अंतर्दृष्टि बेहतर चुंबकीय आकार-स्मृति मिश्र धातुओं को डिजाइन करने के भविष्य के प्रयासों के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करती है, जो दिखाती है कि सामग्रियों के सही संतुलन को खोजना ही उनकी पूर्ण क्षमता को अनलॉक करने की कुंजी है।
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