Verfügbarkeit: Magnetism and structure in functional materials

Magnetism and structure in functional materials:

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Bibliographische Detailangaben
Weitere Verfasser:	Planes, Antoni (HerausgeberIn)
Format:	Buch
Sprache:	English
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2005
Schriftenreihe:	Springer series in materials science 79
Schlagworte:	Magnétisme Matériaux - Propriétés électromagnétiques Matériaux magnétiques Physique de l'état solide Science des matériaux Magnetic materials Magnetism Magnetwerkstoff Mikrostruktur Funktionswerkstoff Werkstoff Magnetische Eigenschaft
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XVII, 251 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	9783540236726 3540236724

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adam_text	CONTENTS 1 COMPLEX FUNCTIONAL MATERIALS J.A. KRUMHANSL ................................................. 1 2 SPIN, CHARGE, AND LATTICE COUPLING IN MULTIFERROIC MATERIALS S.R. SHENOY, T. LOOKMAN, AND A. SAXENA ........................... 3 2.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2 ORDER PARAMETERS AND MULTIFERROICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3 STRAIN TENSOR AND ELASTIC COMPATIBILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3.1 LEVELS OF DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3.2 DEFINITION OF UNIT-CELL STRAIN TENSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3.3 STRAIN FREE ENERGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.4 ST VENANT COMPATIBILITY CONSTRAINTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.5 COMPATIBILITY POTENTIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3.6 OTHER APPROACHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4 INHOMOGENEITIES IN FERROELASTICS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5 INHOMOGENEITIES IN MULTIFERROIC OXIDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6 CHARGE AND SPIN AS LOCAL STRESSES AND TRANSITION TEMPERATURES . . 18 2.6.1 COUPLING OF VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.6.2 SIMULATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.7 SUMMARY AND FURTHER WORK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 DISORDER IN MAGNETIC AND STRUCTURAL TRANSITIONS: PRETRANSITIONAL PHENOMENA AND KINETICS T. CAST´ AN, E. VIVES, L. MA* NOSA, A. PLANES, AND A. SAXENA .......... 27 3.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 DISORDER DISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.1 PRETRANSITIONAL PHENOMENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.2 PREMONITORY BEHAVIOUR: TEMPERATURE SOFTENING . . . . . . . . . . 29 3.2.3 STRUCTURAL PRECURSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 X CONTENTS 3.2.4 COUPLING TO MAGNETISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.5 FERROIC PRECURSORS: MAGNETIC AND OTHERS . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 TRANSITION KINETICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.1 ATHERMAL TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.2 MODELLING ATHERMAL TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.3 AVALANCHE DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.4 MODELLING AVALANCHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4 HUGE MAGNETORESISTANCE IN ASSOCIATION WITH STRONG MAGNETOELASTIC EFFECTS L. MORELLON AND M.R. IBARRA ...................................... 49 4.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2 MAGNETICCRYSTALLOGRAPHIC TRANSFORMATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.1 GD 5 (SI X GE 1 X ) 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.2 MNAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3 MOMENT INSTABILITIES AND SPIN FLUCTUATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.1 FERH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.2 HF 1 * X TA X FE 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.3 LA(FE X AL 1 * X ) 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.4 METALINSULATOR TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.4.1 COLOSSAL MAGNETORESISTANCE (CMR) AND HUGE VOLUME EFFECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.4.2 MAGNETOSTRICTION AND MAGNETORESISTANCE IN THE PARAMAGNETIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4.3 MAGNETOSTRICTION IN INHOMOGENEOUS ELECTRONIC SYSTEMS: STATIC PHASE SEGREGATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.5 CHARGE/ORBITAL INSTABILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.6 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5 INTERPLAY OF SPIN, CHARGE, AND LATTICE IN CMR MANGANITES AND HTSC CUPRATES T. EGAMI ....................................................... 75 5.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 STABILITY OF POLARONIC PHASE IN THE CMR MANGANITES . . . . . . . . . . . . 76 5.2.1 COLOSSAL MAGNETORESISTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2 PULSED NEUTRON PDF METHOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.2.3 POLARON STABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.3 STABILITY OF SPINCHARGE STRIPES IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.4 ELECTRONPHONON COUPLING AND MECHANISM OF SUPERCONDUCTIVITY IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4.1 LOCAL LATTICE DISTORTION AND INHOMOGENEOUS ELECTRONIC STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 CONTENTS XI 5.4.2 ELECTRONPHONON COUPLING IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4.3 VIBRONIC MECHANISM OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6 NEUTRON SCATTERING STUDIES OF ANOMALOUS PHONON BEHAVIOR IN FUNCTIONAL MATERIALS S.M. SHAPIRO .................................................... 93 6.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.2 NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.3 PHONON ANOMALIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.3.1 KOHN ANOMALIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.3.2 SOFT MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4 PHONON ANOMALIES IN THE MANGANITES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.5 PHONON ANOMALIES IN HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS . . . . . . . . 100 6.6 FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.6.1 IRON-BASED ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.6.2 HEUSLER-BASED ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.7 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7 THE STRUCTURES AND TRANSFORMATION MECHANISM IN THE FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOY NI 2 MNGA P.J. BROWN, T. KANOMATA, M. MATSUMOTO, K.-U. NEUMANN, AND K.R.A. ZIEBECK .............................................. 113 7.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.2 THE CRYSTAL STRUCTURE OF THE CUBIC AUSTENITE PHASE . . . . . . . . . . . . . 113 7.3 BULK MAGNETIC PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.4 SPIN DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.5 PARAMAGNETIC RESPONSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.6 INELASTIC NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.7 NEUTRON DIFFRACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.8 PRE-MARTENSITIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.8.1 FIELD DEPENDENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.9 THE MARTENSITIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.10 STRUCTURAL AND MAGNETIC PHASE DIAGRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 7.11 MECHANISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 7.12 MARTENSITIC TWINNING IN NI 2 MNGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 7.13 NON-STOICHIOMETRIC SAMPLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.14 ELECTRON CONCENTRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.15 POLARISED NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 7.16 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 XII CONTENTS 8 IMAGING TECHNIQUES IN MAGNETOELASTIC MATERIALS S.P. VENKATESWARAN AND M. DE GRAEF .............................. 141 8.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2 LORENTZ IMAGE FORMATION THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2.1 CLASSICAL DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2.2 QUANTUM MECHANICAL DESCRIPTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 8.2.3 PHASE RECONSTRUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 8.3 APPLICATIONS OF LTEM TO FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOYS . . . 148 8.3.1 NI 2 MNGA, AUSTENITIC STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 8.3.2 NI 2 MNGA, MARTENSITIC STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8.3.3 CO 2 NIGA, AUSTENITIC STATE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.3.4 CO 2 NIGA, MARTENSITIC STATE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 8.4 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 9 A WAY TO SEARCH FOR MULTIFERROIC MATERIALS WITH UNLIKELY COMBINATIONS OF PHYSICAL PROPERTIES R.D. JAMES AND Z. ZHANG ......................................... 159 9.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 9.2 SINGLE PHASE MULTIFERROICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9.3 BASIC IDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9.4 LATTICE PARAMETER SENSITIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9.5 WHAT MAKES BIG FIRST ORDER PHASE TRANSFORMATIONS REVERSIBLE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.6 SPECIFIC RELATIONSHIPS AMONG LATTICE PARAMETERS FOR A HIGH DEGREE OF REVERSIBILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 9.6.1 CUBIC TO ORTHORHOMBIC TRANSFORMATIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . 170 9.6.2 CUBIC TO MONOCLINIC TRANSFORMATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 9.6.3 RELATIONSHIPS FOR MARTENSITE/MARTENSITE TRANSITIONS . . . . . . 171 9.7 TUNING LATTICE PARAMETERS TO SATISFY TWO OF THE PROPOSED CONDITIONS IN THE NITICUPD SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 9.8 FURTHER COMPARISONS WITH EXPERIMENT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 9.9 SUMMARY AND OUTLOOK: A GENERAL METHOD FOR SEEKING NEW CLASSES OF FUNCTIONAL MATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . 174 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10 INVAR AND ANTI-INVAR: MAGNETOVOLUME EFFECTS IN FE-BASED ALLOYS REVISITED E.F. WASSERMANN AND M. ACET .................................... 177 10.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.2 INVAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.3 FROM INVAR TO ANTI-INVAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 10.4 ALLOTROPY OF PURE FE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 10.5 GROUND STATE PROPERTIES OF INVAR AND ANTI-INVAR . . . . . . . . . . . . . . . . 187 CONTENTS XIII 10.6 PRESSURE EXPERIMENTS: EVIDENCE FOR HIGH SPIN TO LOW SPIN STATE TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 10.7 HSLS TRANSITIONS IN A MICROSCOPIC PICTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10.8 QUESTIONS AND OUTLOOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 11 MAGNETOCALORIC EFFECT ASSOCIATED WITH MAGNETOSTRUCTURAL TRANSITIONS V.K. PECHARSKY AND K.A. GSCHNEIDNER, JR. .......................... 199 11.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.2 MAGNETIC COOLING OR WHY HAVING A STRONG MAGNETOCALORIC EFFECT IN A WEAK MAGNETIC FIELD MAKES A DIFFERENCE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.3 GD 5 (SI 4 X GE X ) SYSTEM AND THE GIANT MAGNETOCALORIC EFFECT. . . . . . 202 11.4 ALTERING CRYSTAL STRUCTURES WITH A MAGNETIC FIELD. . . . . . . . . . . . . . . 206 11.5 TO WHAT EXTENT A STRUCTURAL CHANGE ENHANCES THE GIANT MAGNETOCALORIC EFFECT? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 11.6 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 12 ENTROPY CHANGE AND MAGNETOCALORIC EFFECT IN MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATIONS F. CASANOVA, X. BATLLE, A. LABARTA, J. MARCOS, E. VIVES, L. MA* NOSA, AND A. PLANES .................................................. 223 12.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 12.2 MULTISCALE ORIGIN OF THE MCE IN NIMNGA ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . 225 12.3 DIRECT DETERMINATION OF THE ENTROPY CHANGE AT A FIRST-ORDER TRANSFORMATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 12.4 MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATION IN GDSIGE ALLOYS . . . . . . . . . . 230 12.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 13 FUNCTIONAL MAGNETO-STRUCTURAL MATERIALS: SUMMARY AND PERSPECTIVES P.-A. LINDG* ARD .................................................. 237 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 INDEX .......................................................... 247
adam_txt	CONTENTS 1 COMPLEX FUNCTIONAL MATERIALS J.A. KRUMHANSL . 1 2 SPIN, CHARGE, AND LATTICE COUPLING IN MULTIFERROIC MATERIALS S.R. SHENOY, T. LOOKMAN, AND A. SAXENA . 3 2.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2 ORDER PARAMETERS AND MULTIFERROICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3 STRAIN TENSOR AND ELASTIC COMPATIBILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3.1 LEVELS OF DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3.2 DEFINITION OF UNIT-CELL STRAIN TENSOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3.3 STRAIN FREE ENERGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.3.4 ST VENANT COMPATIBILITY CONSTRAINTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3.5 COMPATIBILITY POTENTIALS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3.6 OTHER APPROACHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.4 INHOMOGENEITIES IN FERROELASTICS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.5 INHOMOGENEITIES IN MULTIFERROIC OXIDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.6 CHARGE AND SPIN AS LOCAL STRESSES AND TRANSITION TEMPERATURES . . 18 2.6.1 COUPLING OF VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.6.2 SIMULATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.7 SUMMARY AND FURTHER WORK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 DISORDER IN MAGNETIC AND STRUCTURAL TRANSITIONS: PRETRANSITIONAL PHENOMENA AND KINETICS T. CAST´ AN, E. VIVES, L. MA* NOSA, A. PLANES, AND A. SAXENA . 27 3.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 DISORDER DISTRIBUTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2.1 PRETRANSITIONAL PHENOMENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.2 PREMONITORY BEHAVIOUR: TEMPERATURE SOFTENING . . . . . . . . . . 29 3.2.3 STRUCTURAL PRECURSORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 X CONTENTS 3.2.4 COUPLING TO MAGNETISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.2.5 FERROIC PRECURSORS: MAGNETIC AND OTHERS . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.3 TRANSITION KINETICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.1 ATHERMAL TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.2 MODELLING ATHERMAL TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.3 AVALANCHE DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3.4 MODELLING AVALANCHES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.4 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4 HUGE MAGNETORESISTANCE IN ASSOCIATION WITH STRONG MAGNETOELASTIC EFFECTS L. MORELLON AND M.R. IBARRA . 49 4.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2 MAGNETICCRYSTALLOGRAPHIC TRANSFORMATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.1 GD 5 (SI X GE 1 X ) 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.2 MNAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.3 MOMENT INSTABILITIES AND SPIN FLUCTUATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.1 FERH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3.2 HF 1 * X TA X FE 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3.3 LA(FE X AL 1 * X ) 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.4 METALINSULATOR TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.4.1 COLOSSAL MAGNETORESISTANCE (CMR) AND HUGE VOLUME EFFECTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.4.2 MAGNETOSTRICTION AND MAGNETORESISTANCE IN THE PARAMAGNETIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4.3 MAGNETOSTRICTION IN INHOMOGENEOUS ELECTRONIC SYSTEMS: STATIC PHASE SEGREGATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.5 CHARGE/ORBITAL INSTABILITIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.6 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5 INTERPLAY OF SPIN, CHARGE, AND LATTICE IN CMR MANGANITES AND HTSC CUPRATES T. EGAMI . 75 5.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 STABILITY OF POLARONIC PHASE IN THE CMR MANGANITES . . . . . . . . . . . . 76 5.2.1 COLOSSAL MAGNETORESISTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2 PULSED NEUTRON PDF METHOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.2.3 POLARON STABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.3 STABILITY OF SPINCHARGE STRIPES IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.4 ELECTRONPHONON COUPLING AND MECHANISM OF SUPERCONDUCTIVITY IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4.1 LOCAL LATTICE DISTORTION AND INHOMOGENEOUS ELECTRONIC STATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 CONTENTS XI 5.4.2 ELECTRONPHONON COUPLING IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . 84 5.4.3 VIBRONIC MECHANISM OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6 NEUTRON SCATTERING STUDIES OF ANOMALOUS PHONON BEHAVIOR IN FUNCTIONAL MATERIALS S.M. SHAPIRO . 93 6.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.2 NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.3 PHONON ANOMALIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 6.3.1 KOHN ANOMALIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.3.2 SOFT MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4 PHONON ANOMALIES IN THE MANGANITES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.5 PHONON ANOMALIES IN HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS . . . . . . . . 100 6.6 FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.6.1 IRON-BASED ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 6.6.2 HEUSLER-BASED ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.7 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7 THE STRUCTURES AND TRANSFORMATION MECHANISM IN THE FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOY NI 2 MNGA P.J. BROWN, T. KANOMATA, M. MATSUMOTO, K.-U. NEUMANN, AND K.R.A. ZIEBECK . 113 7.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.2 THE CRYSTAL STRUCTURE OF THE CUBIC AUSTENITE PHASE . . . . . . . . . . . . . 113 7.3 BULK MAGNETIC PROPERTIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.4 SPIN DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.5 PARAMAGNETIC RESPONSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.6 INELASTIC NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 7.7 NEUTRON DIFFRACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.8 PRE-MARTENSITIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.8.1 FIELD DEPENDENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.9 THE MARTENSITIC PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.10 STRUCTURAL AND MAGNETIC PHASE DIAGRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 7.11 MECHANISM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 7.12 MARTENSITIC TWINNING IN NI 2 MNGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 7.13 NON-STOICHIOMETRIC SAMPLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.14 ELECTRON CONCENTRATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.15 POLARISED NEUTRON SCATTERING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 7.16 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 XII CONTENTS 8 IMAGING TECHNIQUES IN MAGNETOELASTIC MATERIALS S.P. VENKATESWARAN AND M. DE GRAEF . 141 8.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2 LORENTZ IMAGE FORMATION THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2.1 CLASSICAL DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 8.2.2 QUANTUM MECHANICAL DESCRIPTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 8.2.3 PHASE RECONSTRUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 8.3 APPLICATIONS OF LTEM TO FERROMAGNETIC SHAPE MEMORY ALLOYS . . . 148 8.3.1 NI 2 MNGA, AUSTENITIC STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 8.3.2 NI 2 MNGA, MARTENSITIC STATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8.3.3 CO 2 NIGA, AUSTENITIC STATE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.3.4 CO 2 NIGA, MARTENSITIC STATE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 8.4 SUMMARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 9 A WAY TO SEARCH FOR MULTIFERROIC MATERIALS WITH UNLIKELY COMBINATIONS OF PHYSICAL PROPERTIES R.D. JAMES AND Z. ZHANG . 159 9.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 9.2 SINGLE PHASE MULTIFERROICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9.3 BASIC IDEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9.4 LATTICE PARAMETER SENSITIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9.5 WHAT MAKES BIG FIRST ORDER PHASE TRANSFORMATIONS REVERSIBLE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.6 SPECIFIC RELATIONSHIPS AMONG LATTICE PARAMETERS FOR A HIGH DEGREE OF REVERSIBILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 9.6.1 CUBIC TO ORTHORHOMBIC TRANSFORMATIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . 170 9.6.2 CUBIC TO MONOCLINIC TRANSFORMATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 9.6.3 RELATIONSHIPS FOR MARTENSITE/MARTENSITE TRANSITIONS . . . . . . 171 9.7 TUNING LATTICE PARAMETERS TO SATISFY TWO OF THE PROPOSED CONDITIONS IN THE NITICUPD SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 9.8 FURTHER COMPARISONS WITH EXPERIMENT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 9.9 SUMMARY AND OUTLOOK: A GENERAL METHOD FOR SEEKING NEW CLASSES OF FUNCTIONAL MATERIALS . . . . . . . . . . . . . . . . 174 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10 INVAR AND ANTI-INVAR: MAGNETOVOLUME EFFECTS IN FE-BASED ALLOYS REVISITED E.F. WASSERMANN AND M. ACET . 177 10.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.2 INVAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.3 FROM INVAR TO ANTI-INVAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 10.4 ALLOTROPY OF PURE FE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 10.5 GROUND STATE PROPERTIES OF INVAR AND ANTI-INVAR . . . . . . . . . . . . . . . . 187 CONTENTS XIII 10.6 PRESSURE EXPERIMENTS: EVIDENCE FOR HIGH SPIN TO LOW SPIN STATE TRANSITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 10.7 HSLS TRANSITIONS IN A MICROSCOPIC PICTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10.8 QUESTIONS AND OUTLOOK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 11 MAGNETOCALORIC EFFECT ASSOCIATED WITH MAGNETOSTRUCTURAL TRANSITIONS V.K. PECHARSKY AND K.A. GSCHNEIDNER, JR. . 199 11.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.2 MAGNETIC COOLING OR WHY HAVING A STRONG MAGNETOCALORIC EFFECT IN A WEAK MAGNETIC FIELD MAKES A DIFFERENCE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.3 GD 5 (SI 4 X GE X ) SYSTEM AND THE GIANT MAGNETOCALORIC EFFECT. . . . . . 202 11.4 ALTERING CRYSTAL STRUCTURES WITH A MAGNETIC FIELD. . . . . . . . . . . . . . . 206 11.5 TO WHAT EXTENT A STRUCTURAL CHANGE ENHANCES THE GIANT MAGNETOCALORIC EFFECT? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 11.6 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 12 ENTROPY CHANGE AND MAGNETOCALORIC EFFECT IN MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATIONS F. CASANOVA, X. BATLLE, A. LABARTA, J. MARCOS, E. VIVES, L. MA* NOSA, AND A. PLANES . 223 12.1 INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 12.2 MULTISCALE ORIGIN OF THE MCE IN NIMNGA ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . 225 12.3 DIRECT DETERMINATION OF THE ENTROPY CHANGE AT A FIRST-ORDER TRANSFORMATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 12.4 MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATION IN GDSIGE ALLOYS . . . . . . . . . . 230 12.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 13 FUNCTIONAL MAGNETO-STRUCTURAL MATERIALS: SUMMARY AND PERSPECTIVES P.-A. LINDG* ARD . 237 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 INDEX . 247
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