Magnetic Properties of Ti-Zr-Ni Quasicrystals

Abstract

준결정체는 결정체가 가지지 못하는 5축 회전대칭을 가지는 독특한 특성의 물질이다. 준결정체는 주로 Al과 Ti을 기본으로 하는 합금을 quenching함으로써 얻어지는데 이는 metastable한 상태임을 나타낸다. Ti, Zr, Ni로 이루어진 준결정체는 Ni의 자성 및 구조적 안정성의 측면과 관련하여 비주기적인 구조의 자기적 특성을 연구하기에 바람직한 물질이다. Ti_(55-X)Zr_(33)Ni_(12+X) (x = 5, 7, 9)의 샘플을 as-cast와 quenching의 두 가지 방법으로 제조하였다. 이러한 샘플에 대한 XRD 분석 결과 as-cast로 만든 ingot의 경우에는 hcp C14의 결정체 구조임을 확인할 수 있었고, quenching 한 경우에는 준결정체를 형성함을 확인하였다. 결정체인 ingot의 경우에는 자기 이력 현상이 나타나지 않는데 비해, 준결정체의 경우에는 x가 7 이상인 경우에는 자기 이력 현상을 나타내었다. 또한 준결정체의 경우에는 니켈의 조성 비율이 감소함에 따라서 보자력 및 잔류 자화 값의 감소 현상이 나타났다. x = 9 인 준결정체의 경우에는 온도가 증가함에 따라서 보자력 및 잔류 자화 값이 감소하는 결과를 얻었다. 한편 x = 5 인 준결정체의 자화 값을 온도를 증가시켜 가며 측정하였을 때 자기적 상태의 변화를 나타내는 자화 값의 급격한 변화는 없었고, 상온에서는 물론 저온 (25 K) 에서도 자기 이력 현상을 나타내지 않는 상자성 특성을 나타냈다.; The interesting structural property of quasicrystals is characterized by exhibition of a five-fold symmetry which is forbidden in crystals. Most of the quasicrystals are discovered in Al- and Ti-based alloys made with rapid quenching indicating that they are metastable. Quasicrystals made with Ti, Zr, and Ni are good candidate materials studying the magnetic properties of aperiodic structure because the stabilization of the quasicrystal phase is important in terms of structural stability and magnetic state when a sample contains Ni. For Ti_(55-X)Zr_(33)Ni_(12+X) alloys made with x = 5, 7, and 9, the X-ray diffraction (XRD) study reveals that ingots prepared by as-cast (not rapid quenching method) contain crystalline phase (hcp C14) and quenched alloys contain almost pure quasicrystalline phase. Although crystalline alloys (ingots) show paramagnetic behaviors without magnetic hysteresis, quasicrystalline alloys (quasicrystal) made with x = 7 and 9 shows magnetic hysteresis. As decreasing the concentration of Ni, initial magnetization patterns tend to linearer and the coercivity and remanence are decreasing for the quasicrystals. As the temperature increases, the coercivity and remanence decrease in the temperature range from 50 to 250 K for the quasicrystals made with x = 9. Interestingly, no visible magnetic hysteresis is noted even at low temperature and there is no magnetic phase transition from 15 to 300K for the quasicrystals made with x = 5. Paramagnetic behaviors are observed for the quasicrystals.