探索Z2XY型Al2MnFe赫斯勒合金的磁结构与磁热效应：从自旋玻璃行为到三维海森堡临界现象

本综述系统探讨了Z2XY型Al2MnFe赫斯勒合金（HAs）的结构与磁性特性，揭示了其立方CsCl型晶体结构（空间群Pm?3m）下的二级顺磁（PM）-铁磁（FM）相变（TC≈122.9 K）、低温再入自旋玻璃（SG）行为及三维海森堡型短程交换作用机制。通过磁热效应（MCE）和临界指数分析（β=0.363, γ=1.384, δ=4.81），证实其具有潜在低成本磁制冷应用价值。

　　

Highlights

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  Al₂MnFe赫斯勒合金呈现立方CsCl型结构（空间群Pm^?3m），具备软铁磁特性。
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  临界指数分析表明其磁性行为符合三维海森堡 universality class（β=0.363(2), γ=1.384(3), δ=4.81(3)）。
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  交换作用随距离衰减规律为J(r)≈r^?4.936，证实短程磁相互作用机制。
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  交流磁化率（ACS）揭示低温再入自旋玻璃（re-entrant SG）特征（≈14 K），符合Vogel-Fulcher定律与临界减速模型。
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  磁热效应分析显示最大磁熵变（ΔS_M）达1.92 J/kg·K，相对制冷能力（RCP）为496 J/kg（50 kOe场强）。

Conclusions

本研究通过直流磁化（DC magnetization）与交流磁化率（ACS）测量，全面揭示了Z₂XY型多晶Al₂MnFe合金的磁性性质。该合金具有立方CsCl型单相结构（空间群Pm^?3m），在122.9 K附近发生二级顺磁（PM）至铁磁（FM）相变，并在低温区（约14 K）出现再入自旋玻璃（SG）行为。场依赖磁化曲线表明其软铁磁特性与巡游电子交换作用。通过修正Arrott图（MAPs）、Kouvel-Fisher图（KFPs）及临界等温线分析，推导出的临界指数（β=0.363, γ=1.384, δ=4.81）明确指向三维海森堡型短程磁相互作用，其交换耦合随距离以J(r)≈r^?4.936形式衰减。ACS数据的动态标度分析进一步支持再入SG特征。磁热效应研究显示，该合金在50 kOe场下具有1.92 J/kg·K的磁熵变与496 J/kg的相对制冷能力，虽低于稀土基材料，但展现出成本效益型磁制冷应用的潜力。