Анотація до роботи:

Князький В. М. Теорія термопружних та магнітних властивостей монокристалів та плівок мартенситних сплавів Ni-Mn-Ga. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. Інститут магнетизму НАН України та МОН України, Київ, 2007.

У дисертації вивчені термопружні та магнітні властивості мартенситних сплавів Ni–Mn–Ga, та феромагнітних плівок цих сплавів, напилених на підкладинку Al₂O₃. В рамках теорії Ландау розраховано температурні залежності надпружних деформацій та коефіцієнтів пружності мартенситної фази у механічно навантаженому сплаві. Оцінені пружні модулі третього та четвертого порядку двох сплавів із сімейства Ni–Mn–Ga. Розраховано залежність температури мартенситного перетворення плівки Ni–Mn–Ga від товщини плівки. З’ясовано причину підвищення температури мартенситного перетворення плівки по відношенню до температури перетворення об’ємного зразка. Визначено рівноважний напрямок намагніченості та магнітну сприйнятливість плівки Ni–Mn–Ga. Запропоновано алгоритм знаходження фактора магнітної якості та рівноважного напрямку вектора намагніченості мартенситної плівки за результатами вимірювання початкової магнітної сприйнятливості.

Проведені в даній роботі теоретичні дослідження виходили із загального принципу термодинаміки, згідно з яким термодинамічний потенціал Гіббса набуває найменшого значення в стані термідинамічної рівноваги. Для теоретичних розрахунків потенціал Гіббса представлявся або розкладом Ландау (при розгляді мартенситних перетворень в монокристалах), або функціоналом Гінзбурга–Ландау (при вивченні властивостей плівкових зразків). З огляду на загальний характер проведених теоретичних досліджень, в якісному плані їх результати стосуються феромагнітних термопружних мартенситів, як таких, а для кількісних оцінок та порівнянь в роботі обрані сплави сімейства Ni–Mn–Ga, оскільки в останні десять років спостерігалося лавинне зростання кількості присвячених їм публікацій, що зумовлено винайденням явища велетенської магнітоіндукованої деформації.

Розрахована в дисертації температурна залежність надпружної деформації мартенситу, з одного боку, визначає ефективність пристроїв, дія яких основана на ефекті надпружності, а з іншого – вказує на максимальну величину магнітоіндукованої деформації, яку можливо створити при температурах, трохи вищих за температуру мартенситного перетворення. Використання термодинамічного методу мінімізації потенціалу Гіббса, розкладеного за степенями тензора деформацій, дозволило теоретично оцінити величину пружних модулів третього та четвертого порядку для двох сплавів сімейства Ni–Mn–Ga та використати цю оцінку у дослідженнях створених з них магнітних плівок. Розроблена в дисертації модель мартенситної плівки Ni–Mn–Ga дозволила оцінити величину магнітного фактора якості та визначити рівноважний напрямок намагніченості цієї плівки. Сформулюємо основні висновки, що випливають з проведених розрахунків.

1. Розрахована в рамках теорії Ландау величина деформації, індукованої одноосьовим механічним навантаженням в ході повного мартенситного перетворення, завжди поступається величиною "спонтанній" деформації, яка виникає при охолодженні ненавантаженого сплаву до температур, нижчих за температуру завершення прямого мартенситного перетворення. Цей висновок підтверджується результатами експериментальних досліджень надпружної поведінки сплавів, які проводилися протягом останніх десятиліть та пояснювалися виключно незакінченістю (неповнотою) перетворень, індукованих напруженням.

2. Знайдена з умови екстремуму потенціалу Гінзбурга–Ландау теоретична залежність температури кубічно-тетрагонального мартенситного перетворення стовпчастої плівки від її товщини показала, що в реальних експериментальних умовах пружна взаємодія плівок Ni–Mn–Ga з підкладинками, виготовленими з Al₂O₃, сприяє їх мартенситному перетворенню і зумовлює збільшення температури початку перетворення на величину до 40 К. Отримане теоретичне збільшення температури мартенситного перетворення узгоджується з експериментальними даними, отриманими для плівок субмікронної товщини.

3. Послідовна теоретична процедура визначення напрямку "легкої" магнітної осі та магнітного фактора якості стовпчастої плівки, з одержаних в даній роботі загальних аналітичних виразів для початкової магнітної сприйнятливості, та результатів вимірів цієї величини показала, що магнітний фактор якості субмікронної плівки Ni–Mn–Ga, напиленої на підкладинку Al₂O₃, перевищує те значення, яке випливає з величини енергії магнітної анізотропії об’ємного зразка. Визначений в роботі рівноважний напрямок вектора намагніченості виявився відхиленим як від площини плівки (на 17⁰), так і від напрямку головної кристалографічної осі (на 22⁰).

Публікації автора:

1. Kniazkyi V. M., L’vov V. A. Landau Theory Describing the Superelasticity of Martensitic Alloys // Metallofiz. Noveishie Tekhnol – 2005. – Vol. 27, No 11. – P. 1407-1417.

2. Косогор A. О., Князький В. М., Львов В. А. Визначення параметрів деформації надпружних мартенситів в рамках теорії Ландау // Вісник Київськ. ун-ту. Серія фіз.-матем. науки. – 2005. – № 7. – С. 43-47.

3. Chernenko V.A., Kohl M., L’vov V.A., Kniazkyi V.M., Ohtsuka M., Kraft O. Martensitic Transformation and Microstructure of Sputter-Deposited Ni–Mn–Ga Films // Materials Transaction. – 2006. – Vol. 47, No 3. – P. 619-624.

4. Chernenko V. A., Kohl M., Ohtsuka M., Takagi T., L’vov V. A., Kniazkyi V. M. Thickness dependence of transformation characteristics of Ni–Mn–Ga thin films deposited on alumina: Experiment and modeling // Materials Science and Engineering A. – 2006. – Vol. 438–440. – P. 944-947.

5. Chernenko V.A., Hagler M., Mllner P., Kniazkyi V.M., L’vov V.A., Ohtsuka M., Besseghini S. Magnetic susceptibility of martensitic Ni–Mn–Ga film // Journal of Applied Physics. – 2007. – Vol. 101, 053909. –6 P.