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Memória de forma magnética em filmes de Ni2MnGa
Estrutura cristalina das fases martensita e austenita da liga Ni2MnGa.
Ligas metálicas ferromagnéticas com memória de forma são protagonistas em inúmeras aplicações, pois podem produzir forças e deformações de modo reversível em resposta a um campo magnético. O principal mecanismo responsável pela grande deformação dessas ligas é a chamada Reorientação Magneticamente Induzida. Além disso, a mudança de forma pode também ser induzida por variações térmicas. Um uso evidente destes materiais é em robótica e mecatrônica como transdutores magneto-mecânicos.
A liga Ni2MnGa na fase martensita, com células elementares com geometria tetragonal, exibe efeito de memória de forma magnética, apresentando alteração recorde na sua forma e/ou tamanho após a aplicação de um campo magnético. Se a temperatura aumentar além da temperatura de transformação martensita-austenita, a liga passa para a fase austenita onde as células elementares têm geometria cúbica. Nesta geometria, o efeito de memória de forma magnética é perdido, mas reduzindo a temperatura a fase martensita e o efeito de memória de forma são prontamente recuperados. O número de vezes em que esse processo cíclico pode ser realizado é indefinido.
Na geometria de filmes finos, o pequeno volume do material e o vínculo com o substrato exige que a liga tenha o efeito de memória de forma otimizado. Além disso, a entalpia de formação da estrutura é favorável à estabilização da ordem estrutural na fase martensita, mas a desordem química tende a inibir a formação das variantes e a modulação no material, sendo ambas responsáveis pela manifestação do efeito de memória de forma.
Em nosso grupo, produzimos e investigamos filmes finos da liga Ni2MnGa visando otimizar o crescimento de camadas de espessura nanométrica da liga, com o mínimo de desordem química ou defeitos anti-sítio, com o obejtivo de viabilizar seu potencial tecnológico para uso em micro- e nanodispositivos magneto-transdutores.
Planos cristalográficos (010) da fase cúbica e fases martensíticas. Na fase tetragonal não modulada (NM) as variantes martensíticas possuem a mesma direção ao longo da estrutura, enquanto que nas fases moduladas (6M, 10M e 14M), as direções dessas variantes (-→) se alternam de maneira periódica. A nomenclatura dessas modulações relaciona o número de camadas atômicas a partir do qual as direções das variantes se repetem.
Ilustração de amostra contendo mistura de fases austenita e martensita, com indicação das fronteiras geminadas. Quando o efeito do campo magnético externo na fase martensita sobre a magnetização das variantes é maior do que a energia Zeeman, elas tendem a se alinhar ao campo externo. Aluizio Salvador, Ordem químico-estrutural local e propriedades vibracionais em filmes de Ni2MnGa. Tese de Doutorado ((PPGFIS, 2022).
Difratograma de raios X e identificação das famílias de planos presentes no filme da liga Ni2MnGae no substrato de arseneto de gálio (GaAs). Aluizio Salvador, Ordem químico-estrutural local e propriedades vibracionais em filmes de Ni2MnGa. Tese de Doutorado ((PPGFIS, 2022).
Aluizio Salvador, Ordem químico-estrutural local e propriedades vibracionais em filmes de Ni2MnGa. Tese de Doutorado ((PPGFIS, 2022).