无序铁镓合金薄膜中增强磁弹性应力的直接测量揭示A2相电子结构调控机制

本研究通过直接测量技术揭示了FeGa合金薄膜中磁弹性耦合系数B1 和B2 的增强效应，发现22 at.% Ga组分的A2相薄膜中-B1 值达10 MPa（约为体材料2倍），证实了无序A2相通过电子结构修饰提升磁弹性性能的机制，为低能耗磁电器件设计提供了新思路。

　　

磁致伸缩材料在能源转换与信息存储领域具有重要应用价值，其中FeGa合金因其显著的磁致伸缩效应备受关注。然而，传统体材料中磁弹性性能的提升往往依赖于复杂的多相结构调控，而薄膜材料在高温处理受限条件下如何实现性能优化仍存在挑战。针对这一问题，来自中国的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，通过直接测量技术系统分析了FeGa薄膜的磁弹性耦合机制。

研究采用分子束外延技术在150°C低温下制备了厚度10-50 nm的Fe_100-x
Ga_x
（x=22,28,33）单晶薄膜，结合同步辐射X射线衍射（XRD）、扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）和悬臂梁法磁弹性应力测量等关键技术。通过高分辨XRD排除了D0₃
/mD0₃
有序相的存在，EXAFS分析揭示了Ga原子的局域D0₃
型短程有序特征，而线性二色性X射线吸收近边结构（LD-XANES）证实了Ga-Ga原子对的微量存在。

3.1 X射线衍射表征
薄膜仅显示A2相（体心立方）结构特征，22 at.% Ga样品未检测到超晶格衍射峰，28-33 at.% Ga样品出现微弱（001）峰。同步辐射实验证实薄膜存在面内晶格膨胀的四方畸变（a_∥
=2.93 ?，a_⊥
=2.88 ?），但未发现D0₃
相特征衍射。

3.2 EXAFS结果
Ga K边数据表明Ga原子倾向于避免成为最近邻（NN），但次近邻（NNN）存在少量Ga-Ga对（<10%）。Fe局域环境中Ga-NN占比随浓度增加（22 at.%时为30%，33 at.%时达56%），证实了短程化学有序。

3.4 磁弹性应力
悬臂梁测量显示：22 at.% Ga薄膜-B₁
达10 MPa（体材料5 MPa的2倍），且与厚度无关；B₂
值显著低于体材料（22 at.%时为+1.5 MPa，体材料为负值）。这种增强效应与A2相稳定性直接相关，当薄膜出现（001）超晶格峰时（28-33 at.% Ga），B₁
回落至6-7 MPa。

该研究首次证实了外延应变稳定的A2相可通过电子结构修饰实现磁弹性增强，无需依赖传统体材料中的纳米沉淀相。这一发现为开发低阈值应变响应的磁电器件提供了新材料设计思路，其10 MPa级的B₁
值意味着仅需0.04%应变即可调控磁各向异性，显著优于传统多晶薄膜体系。研究还揭示了薄膜生长条件（低温、外延应变）对相选择的决定性作用，为异质结界面工程提供了重要参考。