Ni-Mn-Ga中马氏体相变的亚纳秒结构动力学
材料科学
2025-11-14 v2
摘要
马氏体相变驱动众多新兴应用，涵盖高行程驱动、机械制冷到热弹性能量收集。所有这些应用都受益于更快的相变，因为高循环频率对于实现高功率密度至关重要。然而，对马氏体相变的快速动力学和基本速度极限的系统研究仍然稀缺。特别是对于超短时间相变，整个相变过程中的温度演化未被测量，这是一个重大缺陷，因为温度是驱动相变的内在驱动力。在此，我们报告了基于同步辐射的时序分辨X射线衍射研究，针对Ni-Mn-Ga基外延薄膜中的270 fs激光诱导马氏体相变。我们观察到马氏体到奥氏体的转变在约100 ps内完成，仅受同步辐射探测脉冲持续时间的限制。此外，从马氏体到奥氏体再回到马氏体的完整相变循环可在约5 ns内几乎完成，这是迄今为止报道的最快马氏体相变。对温度演化的测量和计算使我们能够分析温度对相变时间的影响。通过时序分辨应变测量，我们证明除了温度外，热薄膜应力也必须被视为马氏体相变的竞争性影响因素。我们的实验发现得到了基于密度泛函理论计算训练的机器学习力场的分子动力学模拟的支持。这些模拟揭示，马氏体相变期间的巨大畸变需要微结构中大量原子的集体运动，从而延迟了相变。
引用
@article{arxiv.2509.06513,
title = {Sub-nanosecond structural dynamics of the martensitic transformation in Ni-Mn-Ga},
author = {Yuru Ge and Fabian Ganss and Daniel Schmidt and Daniel Hensel and Mike J. Bruckhoff and Sakshath Sadashivaiah and Bruno Neumann and Mariana Brede and Markus E. Gruner and Peter Gaal and Klara Lünser and Sebastian Fähler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06513},
year = {2025}
}
备注
A long article with 29 pages and 9 figures