FeGa合金由于具有驅(qū)動(dòng)磁場低、磁致伸縮系數(shù)高、阻尼溫域?qū)?、微振?dòng)響應(yīng)敏感、以及力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在制動(dòng)器、傳感器以及微振動(dòng)抑制領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，FeGa合金的磁致伸縮和阻尼性能與Ga原子占位密切相關(guān)，如何鑒別和評(píng)估材料內(nèi)部的Ga原子占位成為目前FeGa合金研究面臨的關(guān)鍵難題。內(nèi)耗技術(shù)對(duì)材料內(nèi)部缺陷弛豫極為靈敏，因而，通過內(nèi)耗技術(shù)有望解決評(píng)估Ga原子占位這一難題，并為FeGa合金磁致伸縮和阻尼性能提升提供指導(dǎo)。 

　　鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)在成功生長大尺寸FeGa單晶的基礎(chǔ)上，制備了具有不同取向因子的FeGa二元單晶合金。通過對(duì)比研究FeGa多晶和單晶的內(nèi)耗行為，確定了450 附近的弛豫峰屬于晶粒內(nèi)部的Zener弛豫行為而非晶界弛豫；通過測量和分析不同取向FeGa單晶的內(nèi)耗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著單晶取向因子的增加，Zener弛豫凈峰高逐漸增加（圖1）。 

　　研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)具有不同原子對(duì)構(gòu)型BCC晶胞的弛豫強(qiáng)度進(jìn)行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)FeGa單晶的三方和正交構(gòu)型偶極子的弛豫強(qiáng)度隨取向因子的增加而降低，僅四方偶極子的弛豫強(qiáng)度隨著取向因子的增加而增加。應(yīng)變張量分析及擬合結(jié)果表明，BCC結(jié)構(gòu)FeGa單晶Zener弛豫主要來自于第二近鄰溶質(zhì)原子對(duì)的貢獻(xiàn)，第一近鄰溶質(zhì)原子對(duì)對(duì)Zener弛豫的貢獻(xiàn)僅占次要位置。同時(shí)，對(duì)于Fe-17at.% Ga單晶，其弛豫激活能約為1.8 eV，遠(yuǎn)低于多晶材料中通過內(nèi)耗測得的激活能（圖2），且該值與示蹤法測得激活能大小相當(dāng)，表明該值更接近于實(shí)際Ga原子的擴(kuò)散激活能。此外，結(jié)合電子結(jié)構(gòu)以及應(yīng)變分析，闡明了Zener弛豫強(qiáng)度與磁致伸縮系數(shù)的正相關(guān)關(guān)系(圖3)。 

　　該工作明確地揭示出體心立方結(jié)構(gòu)FeGa單晶Zener弛豫來主要自于第二近鄰溶質(zhì)原子對(duì)，糾正了長期以來對(duì)BCC合金中Zener弛豫來自于第一近鄰溶質(zhì)原子對(duì)的認(rèn)知，該結(jié)論同樣適用于其他BCC固溶體合金。同時(shí)，該工作表明Zener實(shí)驗(yàn)可用于分析單組元或多組元合金中是否存在微區(qū)溶質(zhì)短程有序、溶質(zhì)原子的有序程度、以及溶質(zhì)原子占位等。這些分析將有助于研究材料的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息，并探究彈性偶極子對(duì)材料力學(xué)和功能特性的影響。 

　　上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目及松山湖大科學(xué)裝置開放課題基金的資助。 

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119245。

　　 

　　圖 1. (a) 不同取向 Fe-17at.%Ga 單晶的凈 Zener 弛豫內(nèi)耗峰； (b) 凈弛豫強(qiáng)度隨取向因子的變化關(guān)系。

　　

　 圖2. (a)Fe-17at.%Ga 單晶的 Zener 弛豫激活能隨取向因子變化關(guān)系； (b)FeGa 單晶與不同 BCC 結(jié)構(gòu) Fe 基合金 Zener 弛豫參數(shù)對(duì)比圖。

　　 

 

圖 3. FeGa 合金中磁致伸縮系數(shù)和 Zener 弛豫強(qiáng)度 的比較圖。在有序和無序相區(qū)，磁致伸縮系數(shù)和 Zener 弛豫強(qiáng)度隨 Ga 含量變化具有高度一致性。