近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户北京航空航天大学王敬民教授、蒋成保院士团队，借助SHMFF水冷磁体WM5，通过引入有序位错阵列，在Ni34Co8Cu8Mn36Ga14单晶中实现了5%的巨大磁致超弹性效应，相关成果以“ A giant magneto-superelasticity of 5% enabled by introducing ordered dislocations in Ni34Co8Cu8Mn36Ga14 single crystal”为题，在线发表于Advanced Science。
现代工程技术，如行程控制、换能驱动、精密加工、能量收集等，都需要高性能的驱动、换能和传感器件。如果材料在磁场作用下能够输出可恢复的弹性应变，将有利于其在高性能器件中的无接触工作。传统的磁致伸缩材料，其磁致弹性应变仅0.2%。磁驱动形状记忆材料，基于磁场驱动结构转变，具有输出巨大磁致超弹性应变的潜力。然而，目前报道，在无约束的自由状态下，磁驱动形状记忆材料的磁致弹性应变小于0.6%。在预压力约束下，磁致弹性应变可达3%，但由此导致器件结构复杂，应用受限。在自由状态下，仅由磁场诱发的巨大磁致超弹性效应未见报道。
该研究团队基于稳态强磁场实验装置所属水冷磁体WM5，系统研究了Ni34Co8Cu8Mn36Ga14单晶在磁场作用下的电输运和磁致弹性应变效应。通过电输运测量，证明了该单晶可由磁场驱动发生结构转变。应变研究表明，生长态单晶的磁致弹性应变仅为0.7%(图a)。研究团队通过40 MPa的压应力对单晶进行了应力约束相变循环(SCTC)训练，引入有序位错阵列。之后，移出施加的外部压应力，在自由态单晶中，检测到应变高达5%的巨大磁致超弹性效应（图b）。基于Ni34Co8Cu8Mn36Ga14单晶的巨大磁致超弹性效应，设计了脉冲磁场驱动器件，实验表明，Ni34Co8Cu8Mn36Ga14单晶的磁致超弹性效应具有对磁场的快速响应特点。
该项研究工作，对于研发高性能超弹性材料及器件有重要意义，为材料的非接触式做功以及新型大行程作动器和高效能量传感器的开发奠定了重要基础。
图. Ni34Co8Cu8Mn36Ga14单晶的磁致超弹性效应
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202401234