Yeni manyetik şekil hafızalı alaşımların yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı ab-initio metodu ile tasarlanması: ni-fe-ga

Abstract

Manyetik ?ekil hafızalı ala?ımlar (MSMA) manyetik alan uygulandığında, tersinir yapısal faz dönü?ümü gerçekle?tiren akıllı malzemelerdir. Deneysel olarak en çok çalı?ılmı? prototip bir malzeme olan Ni2MnGa yüksek sıcaklık kübik fazından dü?ük sıcaklık tetragonal ve/veya ortorombik fazına dönü?mesi, martensit faz geçi?i ile olur. Ni-Mn-Ga ala?ımlarının çok kırılgan olması uygulamada kullanı?sız hale getirir. Son zamanlarda, pratikte kırılganlığı iyile?tiren ferromanyetik SMA?nın geli?tirilmesi için Ni-Fe-Ga ala?ımları aday olarak önerilmi?tir. Martensit faz dönü?ümlerini kontrol eden fiziksel özellikleri anlamayı amaç edinen birçok deneysel çalı?ma yapılmı? olmasına rağmen, Ni-Fe-Ga ala?ımlarının ab-initio hesapları çok fazla ilgi görmemi?tir. Bu tezde, austenitik ve martensit fazlarındaki Ni2FeGa MSMA?ların yapısal, manyetik, elektronik ve mekanik özelliklerini ara?tırmak için yoğunluk fonksiyonel teorisine (DFT) dayalı spin yönelimli enerji hesapları serisi gerçekle?tirilmi?tir. ?lave olarak, stokiyometrik olmayan Ni-Fe-Ga MSMA?ları tasarlandı ve bunların durum denklem (EoS) parametreleri tahmin edildi. L21 austenitik fazı a=5.76 A0 ?da yarı kararlı, tetragonal NM ve monoklinik 5M martensit yapıları ise sırasıyla c/a= 1.33 ve c/a= 0.99'da kararlı olduğu belirlenmi?tir. Martensit yapıya faz geçi?i esnasında, Ni?den Fe?e elektron transfer olması, Ni?nin manyetik momentinde artı?, Fe?kinde azalma ile doğrulanmı?tır. Martensit faz dönü?ümleri sırasında son yapıyı kararlı duruma getiren ayırtedilebilir farklılıkların azınlık spin durumlarından olu?tuğunu parçalı durumlar yoğunluğu analizleri göstermi?tir. Austenitik fazın tetragonal kesme sabiti C1 yumu?aması, martensit yapıya faz dönü?ümünü kolayla?tırdığının bir i?aretidir. Bu çalı?mada elde edilen bulguların diğer hesaplar ve deney sonuçları ile uyumlu olduğu görülmektedir. Magnetic shape memory alloys (MSMA?s) are the smart materials which can undergo a reversible structural phase transition when a magnetic field is applied. The experimentally most studied MSMA, Ni2MnGa being a prototypical material, undergoes a martensitic phase transition from a high temperature cubic phase to a low temperature tetragonal and/or orthorhombic phase. However, the high brittleness of Ni-Mn-Ga alloys make them practically unuseful. Recently, Ni-Fe-Ga alloys have been suggested to be developed as a candidate for ferromagnetic SMA?s which show practically attractive characteristic improving the ductility. Although many experimental studies aiming to understand the physical properties governing the martensitic phase transition have been performed the ab-initio calculations have taken little interest in Ni-Fe-Ga alloys. In this thesis, a series of spin polarized energy calculations based on density functional theory (DFT) have been carried out to investigate the structural, magnetic, electronic and mechanical properties of Ni2FeGa MSMA?s in the austenitic and martensitic phases. Moreover, nonstoichiometric Ni-Fe-Ga MSMA?s have been designed and their equation of state (EoS) parameters have been predicted. We report that L21 austenitic phase is metastable at a=5.76 A0, the NM tetragonal and 5M monoclinic martensitic structures are stable at c/a= 1.33 and c/a= 0.99 respectively. That the electron shifting from Ni to Fe site during phase transformation to martensite is confirmed by the increment in the magnetic moment of Ni, while decrement in that of Fe. The analysis of the partial density of states show that some distinguishable differences in the minority spin states occur upon martensitic phase transformation, leading to stabilize the final structure. The soft tetragonal shear constant C1 of the austenitic phase designate the ease of the phase transition into martensitic structure. It is shown that the results calculated in this study are in good agreement with the previous calculations and the available experiments.