Magnetism and structure in functional materials:
Saved in:
| Other Authors: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | English |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2005
|
| Series: | Springer series in materials science
79 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 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 MAGNETIC*CRYSTALLOGRAPHIC 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 METAL*INSULATOR 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
SPIN*CHARGE STRIPES IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.4 ELECTRON*PHONON 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 ELECTRON*PHONON 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 HS*LS
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 NI*MN*GA ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . 225 12.3 DIRECT
DETERMINATION OF THE ENTROPY CHANGE AT A FIRST-ORDER TRANSFORMATION . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 12.4
MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATION IN GD*SI*GE 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 MAGNETIC*CRYSTALLOGRAPHIC 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 METAL*INSULATOR 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
SPIN*CHARGE STRIPES IN THE CUPRATES . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.4 ELECTRON*PHONON 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 ELECTRON*PHONON 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 HS*LS
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 NI*MN*GA ALLOYS . . . . . . . . . . . . . . 225 12.3 DIRECT
DETERMINATION OF THE ENTROPY CHANGE AT A FIRST-ORDER TRANSFORMATION . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 12.4
MAGNETOSTRUCTURAL TRANSFORMATION IN GD*SI*GE ALLOYS . . . . . . . . . .
230 12.5 CONCLUSIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 REFERENCES . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 235 13 FUNCTIONAL MAGNETO-STRUCTURAL MATERIALS:
SUMMARY AND PERSPECTIVES P.-A. LINDG* ARD
. 237 REFERENCES . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 243 INDEX
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