What is the speed limit of martensitic transformations?

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Stefan Schwabe - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Klara Lünser - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)
  • Daniel Schmidt - , Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, TXproducts UG (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Peter Gaal - , Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, TXproducts UG (Autor:in)
  • Sebastian Fähler - , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Autor:in)

Abstract

Structural martensitic transformations enable various applications, which range from high stroke actuation and sensing to energy efficient magnetocaloric refrigeration and thermomagnetic energy harvesting. All these emerging applications benefit from a fast transformation, but up to now their speed limit has not been explored. Here, we demonstrate that a thermoelastic martensite to austenite transformation can be completed within 10 ns. We heat epitaxial Ni-Mn-Ga films with a nanosecond laser pulse and use synchrotron diffraction to probe the influence of initial temperature and overheating on transformation rate and ratio. We demonstrate that an increase in thermal energy drives this transformation faster. Though the observed speed limit of 2.5 × 1027 (Js)1 per unit cell leaves plenty of room for further acceleration of applications, our analysis reveals that the practical limit will be the energy required for switching. Thus, martensitic transformations obey similar speed limits as in microelectronics, as expressed by the Margolus–Levitin theorem.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)633-641
Seitenumfang9
FachzeitschriftScience and technology of advanced materials
Jahrgang23
Ausgabenummer1
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

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Schlagwörter

  • magnetocaloric refrigeration, Martensitic phase transitions, shape memory alloys, thermomagnetic energy harvesting, time-resolved synchrotron diffraction