Magnetic shape memory alloys Mn2NiGa1−xCux (x = 0–0.7) melt-spun ribbons were synthesized, and their crystal structure, martensitic transformation, and magnetic and transport properties were studied. In Mn2NiGa1−xCux, unusual composition dependences of these properties were observed: the lattice parameter increases with Cu-doping, though Cu has a smaller atomic radius compared with Ga. The martensitic transformation temperature decreases with increasing Cu content at first and reaches a minimum at x = 0.3 and then increases rapidly as Cu content increases further. The variation tendency of magnetization is just opposite. When Cu content gets higher, a semiconductor-like to metal-like crossover in electron transport properties is observed. The martensite resistivity also changes from lower than that of austenite to higher than that. First-principles calculations indicate that these unusual properties are related to the competing occupation of Cu between A and D sites. Cu-doping can also enhance the metallic bonding in Mn2NiGa1−xCux, which can reduce the intrinsic brittleness and improve their mechanical properties. All this provides a fresh idea and method for the development of NiMn-based solid-state refrigeration materials.

1.
H. C.
Xuan
,
S. C.
Ma
,
Q. Q.
Cao
,
D. H.
Wang
, and
Y. W.
Du
,
J. Alloys Compd.
509
,
5761
5764
(
2011
).
2.
J. L.
Sánchez Llamazares
,
B.
Hernando
,
V. M.
Prida
,
C.
García
,
J.
González
,
R.
Varga
, and
C. A.
Ross
,
J. Appl. Phys.
105
,
07A945
(
2009
).
3.
Y. W.
Jiang
,
Z. B.
Li
,
Z. Z.
Li
,
Y. Q.
Yang
,
B.
Yang
,
Y. D.
Zhang
,
C.
Esling
,
X.
Zhao
, and
L.
Zuo
,
Eur. Phys. J. Plus
132
,
42
(
2017
).
4.
W. Y.
Zhang
,
P.
Kharel
,
S.
Valloppilly
, and
D. J.
Sellmyer
,
J. Phys. D
54
,
175003
(
2021
).
5.
B.
Hernando
,
J. L.
Sánchez Llamazares
,
V. M.
Prida
,
D.
Baldomir
,
D.
Serantes
,
M.
Ilyn
, and
J.
González
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
222502
(
2009
).
6.
Y. J.
Zhang
,
G. J.
Li
,
E. K.
Liu
,
J. L.
Chen
,
W. H.
Wang
, and
G. H.
Wu
,
J. Appl. Phys.
113
,
123901
(
2013
).
7.
G. F.
Dong
,
Z. Y.
Gao
,
J. H.
Sui
, and
W.
Cai
,
J. Magn. Magn. Mater.
374
,
469
473
(
2015
).
8.
L.
Ma
,
W. H.
Wang
,
C. M.
Zhen
,
D. L.
Hou
,
X. D.
Tang
,
E. K.
Liu
, and
G. H.
Wu
,
Phys. Rev. B
84
,
224404
(
2011
).
9.
G. D.
Liu
,
X. F.
Dai
,
S. Y.
Yu
,
Z. Y.
Zhu
,
J. L.
Chen
,
G. H.
Wu
,
H.
Zhu
, and
J. Q.
Xiao
,
Phys. Rev. B
74
,
054435
(
2006
).
10.
S. R.
Barman
and
A.
Chakrabarti
,
Phys. Rev. B
77
,
176401
(
2008
).
11.
G. D.
Liu
,
J. L.
Chen
,
Z. H.
Liu
,
X. F.
Dai
,
G. H.
Wu
,
B.
Zhang
, and
X. X.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
262504
(
2005
).
12.
S.
Singh
,
R.
Rawat
,
S. E.
Muthu
,
S. W.
D'Souza
,
E.
Suard
,
A.
Senyshyn
,
S.
Banik
,
P.
Rajput
,
S.
Bhardwaj
,
A. M.
Awasthi
,
R.
Ranjan
,
S.
Arumugam
,
D. L.
Schlagel
,
T. A.
Lograsso
,
A.
Chakrabarti
, and
S. R.
Barman
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
246601
(
2012
).
13.
S.
Singh
,
S. E.
Muthu
,
A.
Senyshyn
,
P.
Rajput
,
E.
Suard
,
S.
Arumugam
, and
S. R.
Barman
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
051905
(
2014
).
14.
A. P.
Kamantsev
,
Y. S.
Koshkid'ko
,
E. O.
Bykov
,
V. S.
Kalashnikov
,
A. V.
Koshelev
,
A. V.
Mashirov
,
I. I.
Musabirov
,
M. A.
Paukov
, and
V. V.
Sokolovskiy
,
Phys. Solid State
62
,
815
820
(
2020
).
15.
S.
Paul
and
S.
Ghosh
,
J. Appl. Phys.
110
,
063523
(
2011
).
16.
S.
Singh
,
M.
Maniraj
,
S. W.
D'Souza
,
R.
Ranjan
, and
S. R.
Barman
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
081904
(
2010
).
17.
P. J.
Brown
,
T.
Kanomata
,
K.
Neumann
,
K. U.
Neumann
,
B.
Ouladdiaf
,
A.
Sheikh
, and
K. R. A.
Ziebeck
,
J. Phys.: Condens. Matter
22
,
506001
(
2010
).
18.
A.
Kundu
,
M. E.
Gruner
,
M.
Siewert
,
A.
Hucht
,
P.
Entel
, and
S.
Ghosh
,
Phys. Rev. B
96
,
064107
(
2017
).
19.
H.
Hu
,
M. Q.
Zhao
,
X. Z.
Wu
,
Z. H.
Jia
,
R.
Wang
,
W. G.
Li
, and
Q.
Liu
,
J. Alloys Compd.
681
,
96
108
(
2016
).
20.
M.
Kaya
,
S.
Yildirim
,
E.
Yüzüak
,
I.
Dincer
,
R.
Ellialtioglu
, and
Y.
Elerman
,
J. Magn. Magn. Mater.
368
,
191
197
(
2014
).
21.
I.
Glavatskyy
,
N.
Glavatska
,
A.
Dobrinsky
,
J. U.
Hoffmann
,
O.
Söderberg
, and
S. P.
Hannula
,
Scr. Mater.
56
,
565
568
(
2007
).
22.
J. M.
Wang
,
H. Y.
Bai
,
C. B.
Jiang
,
Y.
Li
, and
H. B.
Xu
,
Mater. Sci. Eng., A
527
,
1975
1978
(
2010
).
23.
Y. Q.
Ma
,
S. Y.
Yang
,
W. J.
Jin
, and
X. J.
Liu
,
J. Alloys Compd.
471
,
570
574
(
2009
).
24.
R.
Santamarta
,
J.
Muntasell
,
J.
Font
, and
E.
Cesari
,
J. Alloys Compd.
648
,
903
911
(
2015
).
25.
A.
Brzoza
,
A.
Wierzbicka-Miernik
,
T.
Czeppe
,
E.
Cesari
, and
M. J.
Szczerba
,
Intermetallics
109
,
157
161
(
2019
).
26.
C.
Segui
,
J.
Torrens-Serra
,
E.
Cesari
, and
P.
Lazpita
,
Materials
13
,
419
(
2020
).
27.
A. G.
Gamzatov
,
A. B.
Batdalov
,
A. M.
Aliev
,
S. K.
Khizriev
,
V. V.
Khovaylo
,
A.
Ghotbi Varzaneh
,
P.
Kameli
,
I.
Abdolhosseini Sarsari
, and
S.
Jannati
,
Intermetallics
143
,
107491
(
2022
).
28.
J. M.
Wang
,
H. F.
Wang
, and
C. B.
Jiang
,
Mater. Sci. Eng., A
578
,
256
259
(
2013
).
29.
K.
Zhang
,
C. L.
Tan
,
W. B.
Zhao
,
E. J.
Guo
, and
X. H.
Tian
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
34827
34840
(
2019
).
30.
A.
Sozinov
,
N.
Lanska
,
A.
Soroka
, and
W.
Zou
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
021902
(
2013
).
31.
G. F.
Dong
,
L.
Gao
,
C. L.
Tan
, and
W.
Cai
,
Mater. Sci. Eng., A
558
,
338
342
(
2012
).
32.
A.
Wederni
,
M.
Ipatov
,
J. M.
González
,
M.
Khitouni
, and
J. J.
Suñol
,
Materials
14
,
6851
(
2021
).
33.
H. Z.
Luo
,
G. D.
Liu
,
F. B.
Meng
,
L. L.
Wang
,
E. K.
Liu
,
G. H.
Wu
,
X. X.
Zhu
, and
C. B.
Jiang
,
Comput. Mater. Sci.
50
,
3119
3122
(
2011
).
34.
B. H.
Liu
,
H. Z.
Luo
,
Y. P.
Xin
,
Y. J.
Zhang
,
F. B.
Meng
,
H. Y.
Liu
,
E. K.
Liu
,
W. H.
Wang
, and
G. H.
Wu
,
Solid State Commun.
222
,
23
27
(
2015
).
35.
W. H.
Wang
,
J. L.
Chen
,
Z. H.
Liu
,
G. H.
Wu
, and
W. S.
Zhan
,
Phys. Rev. B
65
,
012416
(
2001
).
36.
J.
Liu
,
T. G.
Woodcock
,
N.
Scheerbaum
, and
O.
Gutfleisch
,
Acta Mater.
57
,
4911
4920
(
2009
).
37.
K.
Liu
,
S. C.
Ma
,
C. C.
Ma
,
X. Q.
Han
,
K.
Yu
,
S.
Yang
,
Z. S.
Zhang
,
Y.
Song
,
X. H.
Luo
,
C. C.
Chen
,
S. U.
Rehman
, and
Z. C.
Zhong
,
J. Alloys Compd.
790
,
78
92
(
2019
).
38.
V. A.
Chernenko
,
Scr. Mater.
40
,
523
527
(
1999
).
39.
C. B.
Jiang
,
G.
Feng
,
S. K.
Gong
, and
H. B.
Xu
,
Mater. Sci. Eng., A
342
,
231
235
(
2003
).
40.
H.
Nath
and
G.
Phanikumar
,
Mater. Charact.
102
,
24
28
(
2015
).
41.
J. S.
Kasper
and
B. W.
Roberts
,
Phys. Rev.
101
,
537
544
(
1956
).
42.
R. F.
Hamilton
,
H.
Sehitoglu
,
Y.
Chumlyakov
, and
H. J.
Maier
,
Acta Mater.
52
,
3383
3402
(
2004
).
43.
Y. H.
Qu
,
D. Y.
Cong
,
X. M.
Sun
,
Z. H.
Nie
,
W. Y.
Gui
,
R. G.
Li
,
Y.
Ren
, and
Y. D.
Wang
,
Acta Mater.
134
,
236
248
(
2017
).
44.
S. Y.
Yu
,
Z. H.
Liu
,
G. D.
Liu
,
J. L.
Chen
,
Z. X.
Cao
,
G. H.
Wu
,
B.
Zhang
, and
X. X.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
162503
(
2006
).
45.
K.
Koyama
,
H.
Okada
,
K.
Watanabe
,
T.
Kanomata
,
R.
Kainuma
,
W.
Ito
,
K.
Oikawa
, and
K.
Ishida
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
182510
(
2006
).
46.
C. G. F.
Blum
,
S.
Ouardi
,
G. H.
Fecher
,
B.
Balke
,
X.
Kozina
,
G.
Stryganyuk
,
S.
Ueda
,
K.
Kobayashi
,
C.
Felser
,
S.
Wurmehl
, and
B.
Büchner
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
252501
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.