Anisotropic fully dense MnBi permanent magnet with high energy product and high coercivity at elevated temperatures

Rao, N.V. Rama; Gabay, A.M.; Hadjipanayis, G. C.

doi:10.1088/0022-3727/46/6/062001

Cited by 96 publications

(34 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Recently, however, the availability (and thus price) of the rare-earth elements became rather volatile, calling for development of replacement materials which would use less or none of * Corresponding author: jan.rusz@physics.uu.se the rare-earth elements. Intense research efforts have started worldwide, revisiting previously known materials, such as Fe 2 P [5][6][7], FeNi [8], or Fe 16 N 2 [9], doing computational data mining among the large family of Heusler alloys [10], exploring the effects of strain [11][12][13][14][15][16][17] and doping by interstitial elements [18,19], multilayers such as Fe/W-Re [20] or, as a limiting case of multilayers, the L1 0 family of compounds [21], or promising Mn-based systems [22][23][24][25][26][27], among others.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B

View full text Add to dashboard Cite

We have explored, computationally and experimentally, the magnetic properties of (Fe 1−x Co x ) 2 B alloys. Calculations provide a good agreement with experiment in terms of the saturation magnetization and the magnetocrystalline anisotropy energy with some difficulty in describing Co 2 B, for which it is found that both full potential effects and electron correlations treated within dynamical mean field theory are of importance for a correct description. The material exhibits a uniaxial magnetic anisotropy for a range of cobalt concentrations between x = 0.1 and x = 0.5. A simple model for the temperature dependence of magnetic anisotropy suggests that the complicated nonmonotonic behavior is mainly due to variations in the band structure as the exchange splitting is reduced by temperature. Using density functional theory based calculations we have explored the effect of substitutionally doping the transition metal sublattice by the whole range of 5d transition metals and found that doping by Re or W elements should significantly enhance the magnetocrystalline anisotropy energy. Experimentally, W doping did not succeed in enhancing the magnetic anisotropy due to formation of other phases. On the other hand, doping by Ir and Re was successful and resulted in magnetic anisotropies that are in agreement with theoretical predictions. In particular, doping by 2.5 at. % of Re on the Fe/Co site shows a magnetocrystalline anisotropy energy which is increased by 50% compared to its parent (Fe 0.7 Co 0.3 ) 2 B compound, making this system interesting, for example, in the context of permanent magnet replacement materials or in other areas where a large magnetic anisotropy is of importance.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…12 On the other hand, thus far reported (BH) max value of the MnBi single-phase bulk magnets is less than the half of the theoretical limit. 7,8,[13][14][15][16][17] One of the main challenges to fabricate high performance MnBi bulk magnets is the preparation of a single-phase LTP MnBi alloy. Past studies of MnBi materials have proven that it is extremely difficult to prepare a pure LT MnBi phase in large scale by conventional methods.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Past studies of MnBi materials have proven that it is extremely difficult to prepare a pure LT MnBi phase in large scale by conventional methods. [5][6][7][8][9][10][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24] The single LTP MnBi formation is impeded by the Mn segregation from the Mn-Bi liquid at the peritectic temperature and the extremely slow diffusion of Mn to combine with Bi for forming MnBi at low annealing temperature (T a < 613 K). 9,25 Recently, we have reported our new efforts in preparing a MnBi bulk magnets with a good balance of remanence and coercivity via a novel processing route with (BH) max value of 7.8 MGOe at room temperature.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Processing of MnBi bulk magnets with enhanced energy product

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

We report magnetic properties and microstructure of high energy-product MnBi bulk magnets fabricated by low-temperature ball-milling and warm compaction technique. A maximum energy product (BH)max of 8.4 MGOe and a coercivity of 6.2 kOe were obtained in the bulk MnBi magnet at room temperature. Magnetic characterization at elevated temperatures showed an increase in coercivity to 16.2 kOe while (BH)max value decreased to 6.8 MGOe at 400 K. Microstructure characterization revealed that the bulk magnets consist of oriented uniform nanoscale grains with average size about 50 nm.

show abstract

“…Ферромагнитные свойства и получение интерметаллических компаундов MnBi широко изучаются, как возможная замена редкоземельных металлов в производстве постоянных магнитов [1][2][3][4] и магнитных сред для магнито-оптической записи пленок [5][6][7]. Одним из основных магнитных MnBi компаундов является низкотемпературная фаза LT-MnBi, которая имеет высокую анизотропию и относительно высокую намагниченность, большое фарадеевское вращение [5][6][7].…”

Section: Introductionunclassified

High rotatable magnetic anisotropy in MnBi thin films

et al. 2017

View full text Add to dashboard Cite

1 Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия 2 Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия 3 Институт химии и химической технологии, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия a) miagkov@iph.krasn.ru АбстрактРассмотрены изменения структурных и магнитных свойств трехслойных пленочных систем Bi/Mn/Bi и Mn/Bi/Mn эквиатомного состава в процессе вакуумного отжига. Отжиг пленок Bi/Mn/Bi при температуре 270С в течение часа приводит к синтезу хорошо исследованной высоко ориентированной низкотемпературной LT-MnBi(001) фазы с перпендикулярной магнитной анизотропией Ku ~ 1.1·10 7 эрг/см 3 и коэрцитивной силой HC ~ 1.5 кЭ. В отличие от Bi/Mn/Bi в Mn/Bi/Mn пленках при тех же условиях отжига происходит формирование поликристаллических LT-MnBi нанокластеров.В этих пленках обнаружена большая, превышающая анизотропию формы, вращающаяся магнитная анизотропия, заключающаяся в том, что в магнитных полях выше коэрцитивной силы Н =12 кЭ > НC = 9.0 кЭ легкая ось анизотропии с учетом угла отставания может быть ориентирована в любом пространственном направлении. Обосновывается, что природа вращающейся магнитной анизотропии обусловлена структурным сосуществованием эпитаксиально связанных LT-MnBi и QHTP -Mn1.08Bi фаз. Наши результаты экспериментально доказывают, что кроме плоскостных и перпендикулярных плёночных сред существует класс магнитных плёночных материалов с пространственно настраиваемой лёгкой осью. Введение.Ферромагнитные свойства и получение интерметаллических компаундов MnBi широко изучаются, как возможная замена редкоземельных металлов в производстве постоянных магнитов [1-4] и магнитных сред для магнито-оптической записи пленок [5][6][7]. Одним из основных магнитных MnBi компаундов является низкотемпературная фаза LT-MnBi, которая имеет высокую анизотропию и относительно высокую намагниченность, большое фарадеевское вращение [5][6][7]. С увеличением температуры выше 633K (360°С) LT-MnBi превращается в парамагнитную высокотемпературную фазу HTP-MnBi, которая при быстрой закалке переходит в ферромагнитную QHTP-Mn1.08Bi фазу. При комнатной температуре закалённая QHTP-Mn1.08Bi термически нестабильна и медленно преобразуется в течении двух лет в стабильную LT-MnBi фазу [7]. Предполагается, что этот переход происходит через неизвестные метастабильные третьи фазы [8][9][10], включая квазикристаллическую фазу [11]. Хотя первопринципные вычисления предполагают при частичной замене Mn на другие переходные металлы стабилизацию LT-MnBi структуры [12,13], однако малые Rh и Mn добавки в LT-MnBi стабилизируют орторомбическую фазу, структурные и магнитные свойства, которой близки к высокотемпературной фазе HTP-Mn1.08Bi [14,15].В пленочных системах наблюдается асимметрия в химическом перемешивании на интерфейсе Bi с Mn при синтезе LT-MnBi плёнок в зависимости от последовательности осаждаемых слоёв [7,10]. При последовательном осаждении на подложку первого слоя Mn и второго слоя Bi (Bi/Mn образцы) для синтеза LT-MnBi в температурном 225°С -

show abstract

Anisotropic fully dense MnBi permanent magnet with high energy product and high coercivity at elevated temperatures

Cited by 96 publications

References 15 publications

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B

Processing of MnBi bulk magnets with enhanced energy product

High rotatable magnetic anisotropy in MnBi thin films

Contact Info

Product

Resources

About

Anisotropic fully dense MnBi permanent magnet with high energy product and high coercivity at elevated temperatures

Cited by 96 publications

References 15 publications

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping byEdström1, Werwiński2, Iuşan3 et al. 2015Phys. Rev. B

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping byEdström1, Werwiński2, Iuşan3 et al. 2015Phys. Rev. B

Processing of MnBi bulk magnets with enhanced energy product

High rotatable magnetic anisotropy in MnBi thin films

Contact Info

Product

Resources

About

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B

Magnetic properties of(Fe1−xCox)2Balloys and the effect of doping by
Edström¹,
Werwiński²,
Iuşan³
et al. 2015
Phys. Rev. B