Tunnelkontakte mit Heusler-Elektrode: Spinpolarisation von Co 2Cr 0,6Fe 0,4Al und Einfluss der Barriere

Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Spinpolarisation von der Heusler-Verbindung Co2Cr0,6Fe0,4Al. Dieses Ziel wurde durch die sorgfältige Präparation von Co2Cr0,6Fe0,4Al basierten Tunnelkontakten realisiert. Tunnelwiderstandsmessungen an Co2Cr0,6Fe0,4Al-basiertenrnTunnelkontakten ergaben einen Tunnelmagnetowiderstand von 101% bei 4 K. DieserrnTunnelmagnetowiderstand legt eine untere Grenze von 67% für die Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al fest.rnrnCo2Cr0,6Fe0,4Al ist eine Heusler-Verbindung, der die Eigenschaften eines halbmetallischen Ferromagneten zugeschrieben werden. Ein halbmetallischer Ferromagnet hat an der Fermikante nur Elektronenspinzustände mit einer Polarisation. Als Folge davon können bei einem spinerhaltenden Tunnelprozess nur Elektronen einer Spinrichtung in den halbmetallischen Ferromagneten tunneln. Mit einem magnetischen Feld und einer durch einen Antiferromagneten fixierten Gegenelektrode, können an einem Tunnelkontakt mit einem spinpolarisierten Ferromagneten deshalb zwei Zustände, eine hohe und eine niedrige Tunnelleitfähigkeit, erzeugt werden. Daher finden spinpolarisierte Tunnelkontakte in Form von MRAM in der Datenspeicherung Verwendung. Bislang wurde jedoch keine Verbindung gefunden, der eine Spinpolarisation von 100% experimentell eindeutig nachgewiesen werden konnte. Für Co2Cr0,6Fe0,4Al lagen die höchsten gemessenen Spinpolarisationen um 50%.rnrnTunnelspektroskopie ist eine zuverlässige und anwendungsnahe Methode zur Untersuchung der Spinpolarisation. Inelastische Tunnelprozesse und eine reduzierte Ordnung an Grenzflächen bewirken einen reduzierten Tunnelmagnetowiderstand. Eine symmetriebrechende Barriere, wie amorphes AlOx, ist Voraussetzung für die Anwendung des Jullière-Modells zur Bestimmung der Spinpolarisation. Das Jullière-Modell verknüpft die Spin-aufgespaltenenrnZustandsdichten der Elektroden mit dem Tunnelmagnetowiderstand. Ohne einernsymmetriebrechende Barriere, zum Beispiel mit MgO als Isolatorschicht, können höhere Tunnelmagnetowiderstände erzwungen werden. Ein eindeutiger Rückschluss auf die Spinpolarisation ist dann jedoch nicht mehr möglich. Mit Aluminiumoxid-basierten Barrieren liefert die Anwendung des einfachen Jullière-Modells eine Untergrenze der Spinpolarisation.rnrnUm die Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al durch Tunnelspektroskopie zu bestimmen, musste die Präparation der Tunnelkontakte verbessert werden. Dies wurde ermöglicht durch den Anbau einer neuen Sputterkammer mit besseren UHV-Bedingungen an ein bestehendes Präparationscluster. Co2Cr0,6Fe0,4Al wird mit Hilfe von Radiofrequenz-Kathodenzerstäuben deponiert. Die resultierenden Schichten verfügen nach ihrer Deposition über einen höheren Ordnungsgrad und über eine geordnete Oberfläche. Durch eine Magnesium-Pufferschicht war es möglich, auf diese Oberfläche eine homogene amorphe AlOx-Barriere zu deponieren. Als Gegenelektrode wurde CoFe als Ferromagnet mit MnFe als Antiferromagnet gewählt. Diese Gegenelektrode ermöglicht Tunnelmessungen bis hin zu Raumtemperatur.rnrnMit den in dieser Arbeit vorgestellten optimierten Analyse- und Präparationsmethoden ist es möglich, die Untergrenze der Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al auf 67% anzuheben. Dies ist der bisher höchste veröffentlichte Wert der Spinpolarisation von Co2Cr0,6Fe0,4Al.rn

Neue Materialien für die Magnetoelektronik: Heusler- und Halb-Heusler-Phasen

Heusler- und Halb-Heusler-Phasen konnten als Verbindungsklasse identifiziert werden, neue Materialien für die Magnetoelektronik bereitzustellen. Auf Basis eines theoretischen Modells konnte das Auftreten eines hohen MR-Effekts auf bestimmte Valenzelektronenzahlen (VEK) präzisiert werden. Dazu muß ein dreiteiliger 'Fingerabdruck' in der Bandstruktur (Sattelpunkt, Spindichtewelle, lokales magnetisches Moment) vorliegen. Es existieren eine Vielzahl von halbmetallischen Ferromagneten in dieser Verbindungsklasse. Die variable Valenzelektronenkonzentrationen, die sich auch aus den hochsymmetrischen Strukturen ergeben, erlauben eine gute Dotierbarkeit der Phasen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die Phase exakt mit der geforderten VEK zu synthetisieren. Curietemperaturen > 500 K sind in Hinblick auf die technische Anwendbarkeit notwendig. PdMnTe hat nicht die Voraussetzungen für einen PMR-Effekt in der Bandstrukturrechnung, doch die Nähe zu einer halbmetallischen Zustandsdichte resultiert in einen negativen CMR-Effekt unterhalb des magnetischen Übergangs von MR0 = 18 % bei 4 K. Die Zusammenhänge von Probenpräparation zum magnetischen Sättigungsmoment konnten an Co2CrAl aufgedeckt werden. Die unter Anwendung des vorgestellten Modells synthetisierte Heusler-Phase Co2Cr0.6Fe0.4Al (VEK = 27.8) weisen den erwarteten MR-Effekt auf. Der gemessene PMR-Effekt ist größer als bei den GMR-Systemen (bei geringerer Feldempfindlichkeit) und anderen granularen Materialien wie CrO2 bei 295 K. Co2Cr0.6Fe0.4Al zeigt bei 295 K einen hohen negativen Magnetowiderstand von 30 % bei einem Sättigungsfeld von 0.2 Tesla. Durch die Beimischung von Oxiden und Polymeren sind Komposit-Materialien entwickelt worden, die MR0-Effekte von bis zu 88% mit einer verbesserten Feldempfindlichkeit von 0.1 Tesla bei Al2O3 und 0.05 Tesla bei den Oberflächenbeschichtungen zeigen.

Preparation and study of magnetic thin film based sub-micron structures

Due to its high Curie temperature of 420K and band structure calculations predicting 100% spin polarisation, Sr2FeMoO6 is a potential candidate for spintronic devices. However, the preparation of good quality thin films has proven to be a non-trivial task. Epitaxial Sr2FeMoO6 thin films were prepared by pulsed laser deposition on different substrates. Differing from previous reports a post-deposition annealing step at low oxygen partial pressure (10-5 mbar) was introduced and enabled the fabrication of reproducible, high quality samples. According to the structural properties of the substrates the crystal structure and morphology of the thin films are modified. The close interrelation between the structural, magnetic and electronic properties of Sr2FeMoO6 was studied. A detailed evaluation of the results allowed to extract valuable information on the microscopic nature of magnetism and charge transport. Smooth films with a mean roughness of about 2 nm have been achieved, which is a pre-requisite for a possible inclusion of this material in future devices. In order to establish device-oriented sub-micron patterning as a standard technique, electron beam lithography and focussed ion beam etching facilities have been put into operation. A detailed characterisation of these systems has been performed. To determine the technological prospects of new spintronics materials, the verification of a high spin polarisation is of vital interest. A popular technique for this task is point contact Andreev reflection (PCAR). Commonly, the charge transport in a transparent metal-superconductor contact of nanometer dimensions is attributed solely to coherent transport. If this condition is not fulfilled, inelastic processes in the constriction have to be considered. PCAR has been applied to Sr2FeMoO6 and the Heusler compound Co2Cr0.6Fe0.4Al. Systematic deviations between measured spectra and the standard models of PCAR have been observed. Therefore existing approaches have been generalised, in order to include the influence of heating. With the extended model the measured data was successfully reproduced but the analysis has revealed grave implications for the determination of spin polarisation, which was found to break down completely in certain cases.

Spin polarised Heusler compounds

In der vorliegenden Dissertation dient ein einfaches Konzept zur Systematisierung der Suche nach neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. Dieses Konzept basiert auf zwei semi-empirischen Modellen. Zum einen kann die Slater-Pauling Regel zur Abschätzung magnetischer Momente verwendet werden. Dieses Modell wird dabei durch Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Das zweites Modell kann insbesondere für die Co2YZ Heusler Verbindungen beim Vergleich ihrer magnetischen Eigenschaften gefunden werden. Für diese Verbindungen ergibt sich eine scheinbare lineare Abhängigkeit der Curie-Temperatur beim Auftragen als Funktion des magnetischen Momentes. Angeregt durch diese Modelle wurde die Heusler Verbindung Co2FeSi nochmals detailliert im Hinblick auf ihre geometrische und magnetische Struktur hin untersucht. Als Methoden dienten dabei die Pulver-Röntgenbeugung, die EXAFS Spektroskopie, Röntgen Absorptions- and Mößbauer Spektroskopie sowie Hoch- und Tieftemperatur Magnetometrie, XMCD and DSC. Die Messungen zeigten, dass es sich bei Co2FeSi um das Material mit dem höchsten magnetischen Moment (6 B) und der höchsten Curie Temperatur (1100 K) sowohl in der Klasse der Heusler Verbindungen als auch in der Klasse der halbmetallischen Ferromagnete handelt. Zusätzlich werden alle experimentellen Ergebnisse durch detaillierte Rechnungen zur elektronischen Struktur unterstützt. Die gleichen Konzepte wurden verwendet, um die Eigenschaften der Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl vorherzusagen. Die elektronische Struktur und die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der voll-relativistischen Korringa-Kohn-Rostocker Methode berechnet, unter Verwendung kohärenter Potentialnäherungen um der zufälligen Verteilung von Cr und Fe Atomen sowie zufälliger Unordnung Rechnung zu tragen. Magnetische Effekte wurden durch die Verwendung Spin-abhängiger Potentiale im Rahmen der lokalen Spin-Dichte-Näherung mit eingeschlossen. Die strukturellen und chemischen Eigenschaften der quaternären Heusler Verbindung Co2Cr1-xFexAl wurden an Pulver und Bulkproben gemessen. Die Fernordnung wurde mit der Pulver Röntgenbeugung und Neutronenbeugung untersucht, während die Nahordnung mit der EXAFS Spektroskopie aufgeklärt wurde. Die magnetische Struktur von Pulver und Bulkproben wurde mitttels 57Fe-Mößbauer Spektroskopie gemessen. Die chemische Zusammensetzung wurde durch XPS analysiert. Die Ergebnisse dieser Methoden wurden verglichen, um eine Einsicht in die Unterschiede zwischen Oberflächen und Volumeneigenschaften zu erlangen sowie in das Auftreten von Fehlordnung in solchen Verbindungen. Zusätzlich wurde XMCD an den L3,2 Kanten von Co, Fe, and Cr gemessen, um die elementspezifischen magnetischen Momente zu bestimmen. Rechnungen und Messungen zeigen dabei eine Zunahme des magnetischen Momentes bei steigendem Fe-Anteil. Resonante Photoemission mit weicher Röntgenstrahlung sowie Hochenergie Photoemission mit harter Röntgenstrahlung wurden verwendet, um die Zustandsdichte der besetzten Zustände in Co2Cr0.6Fe0.4Al zu untersuchen. Diese Arbeit stellt außerdem eine weitere, neue Verbindung aus der Klasse der Heusler Verbindungen vor. Co2CrIn ist L21 geordnet, wie Messungen mittels Pulver Röntgenbeugung zeigen. Die magnetischen Eigenschaften wurden mit magnetometrisch bestimmt. Co2CrIn ist weichmagnetisch mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1.2B bei 5 K. Im Gegensatz zu den bereits oben erwähnten Co2YZ Heusler Verbindungen ist Co2CrIn kein halbmetallischer Ferromagnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird weiterhin eine Regel zur Vorhersage von halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagneten in der Klasse der Heusler Verbindungen vorgestellt. Dieses Konzept resultiert aus der Kombination der Slater-Pauling Regel mit der Kübler-Regel. Die Kübler Regel besagt, dass Mn auf der Y Position zu einem hoch lokalisierten magnetischen Moment tendiert. Unter Verwendung dieses neuen Konzeptes werden für einige Kandidaten in der Klasse der Heusler Verbindungen die Eigenschaft des halbmetallischen komplett kompensierten Ferrimagnetismus vorhergesagt. Die Anwendung dieses Konzeptes wird anhand von Rechnungen zur elektronischen Struktur bestätigt.

Magnetic tunneling junctions with the Heusler compound Co 2 Cr 0.6 Fe 0.4 Al

Materialen mit sehr hoher Spinpolarisation werden für Anwendungen im Bereich der Spin-Elektronik benötigt. Deshalb werden große Forschungsanstrengungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Verbindungen mit potentiell halbmetallischem Charakter, d. h.mit 100% Spinpolarisation, unternommen. In halbmetallischen Verbindungen, erwartet man eine Lücke in der Zustandsdichte an der Fermi Energie für Ladungsträger einer Spinrichtung, wahrend die Ladungsträger mit der anderen Spinrichtung sich metallisch verhalten. Eine Konsequenz davon ist, dass ein Strom, der durch solche Verbindung fließt, voll spinpolarisiert ist. Die hohe Curie-Temperatur Tc (800 K) und der theoretisch vorhergesagte halbmetallische Charakter machen Co2Cr0.6Fe0.4Al (CCFA) zu einem guten Kandidaten für Spintronik-Anwendungen wie magnetische Tunnelkontakte (MTJs = Magnetic Tunneling Junctions). In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Untersuchung der elektronischen und strukturellen Eigenschaften von dünnen CCFA Schichten dargestellt. Diese Schichten wurden in MTJs integriert und der Tunnel-Magnetowiderstands-Effekt untersucht. Hauptziele waren die Messung der Spinpolarisation und Untersuchungen der elektronischen Struktur von CCFA. Der Einfluss verschiedener Depositionsparameter auf die Eigenschaften der Schichten, speziell auf der Oberflächenordnung und damit letztlich auf den Tunnel-Magnetowiderstand (TMR), wurde bestimmt. Epitaktische d¨unne CCFA Schichten mit zwei verschiedenen Wachstumsrichtungen wurden auf verschiedene Substrate und Pufferschichten deponiert. Ein Temperverfahren wurde eingesetzt um die strukturelle Eigenschaften der dünnen Schichten zu verbessern. Für die MTJs wurde Al2O3 als Barrierenmaterial verwendet und Co als Gegenelektrode gewählt. Die Mehrschicht-Systeme wurden in Mesa-Geometrie mit lithographischen Methoden strukturiert. Eine maximal Jullière Spinpolarisation von 54% wurde an Tunnelkontakte mit epitaktischen CCFA Schichten gemessen. Ein starker Einfluss der Tempernbedingungen auf dem TMR wurde festgestellt. Eine Erhörung des TMR wurde mit einer Verbesserung der Oberflächenordung der CCFA Schichten korreliert. Spektroskopische Messungen wurden an den MTJs durchgeführt. Diesen Messungen liefern Hinweise auf inelastische Elektron-Magnon und Elektron-Phonon Stossprozesse an den Grenzflächen. Einige der beobachteten Strukturen konnten mit der berechneten elektronischen Struktur von CCFA korreliert worden.

Wachstum und Transporteigenschaften dünner Co-basierter Heusler-Filme

For the advancement of spinelectronicsmuch importance is attached to Heusler compounds. Especially compounds with the stoichiometry Co2YZ are supposed to exhibit a large asymmetry between majority and minority electrons at the Fermi edge. Ideally, only majority states are present. This property leads to high magnetoresistive effects. However, the experimental results available at present fall behind the expectations. In particular, a strong reduction of the spin asymmetry with increasing temperature is problematic. For this reason,rnthe investigation of further representatives of this material class as well as optimization of their deposition is required. Therefore, during the course of this work thin Heusler films with the composition Co2Cr0.6Fe0.4Al and Co2Mn1−xFexSi were fabricated. At first, this was accomplished by sputter deposition, which is the standard technique for the preparation of thin Heuslerrnfilms. It resulted also here in samples with high structural order. On the other hand, these films exhibit only a reduced magnetic moment. To improve this situation, a laser ablation system was constructed. The resulting film deposition under ultra-high vacuum led to a clear improvement especially of the magnetic properties. In addition to the improved deposition conditions, this method allowed the flexible variation of the film stoichiometry as well. This possibility was successfully demonstrated in this work by deposition of epitaxial Co2Mn1−xFexSi films. The availableness of these high quality quaternary alloys allowed the systematic investigation of their electronic properties. Band structure calculations predict that the substitution of Mn by Fe lead to a shift of the Fermi energy over the minority energy gap, whereas the density of states remains nearly unchanged. This prediction could by tested by electronic transport measurements. Especially the normal Hall effect, which was measured at these samples, shows a transition from a hole-like charge transport in Co2MnSi to an electron-like transport in Co2FeSi. This is in accordance with corresponding band structure calculations as well as with comparative XMCD experiments. Furthermore, the behavior of the anomalous Hall effect was studied. Here it could be seen, that the effect is influenced by two mechanisms: On the one hand an intrinsic contribution, caused by the topology of the Fermi surface and on the other hand by temperature dependent impurity scattering. These two effects have an opposing influence on the anomalous Hall effect. This can lead to a sign reversal of the anomalous contribution. This behavior has been predicted just recently and was here systematically investigated for the first time for Heusler compounds.

Microstructure and mechanical properties of Mg-12.3Zn-5.8Y-1.4Al alloy

Microstructure and mechanical properties of as-cast and heat-treated Mg-12.3Zn-5.8Y-1.4Al (ZYA1261) alloy were investigated. The phase compositions of the as-cast alloy are alpha-Mg, Mg3YZn6 (I-phase), Mg(3)y(2)Zn(3) (W-phase), Mg12YZn (Z-phase), Mg24Y5, MgZn and a small quantity of Al-containing phase.

Effect of Nd on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of die-cast Mg-4Al-based alloy

Die-cast Mg-4Al-0.4Mn-xNd(x = 0, 1, 2, 4 and 6 wt.%) magnesium alloys were prepared successfully and influences of Nd on the microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of the Mg-4Al-0.4Mn alloy have been investigated. The results showed that with the addition of Nd binary Al2Nd phase and Al11Nd3 phase. which mainly aggregated along the grain boundaries, were formed, and the relative ratio of above two phases was in correlation with the Nd content in the alloy. Meanwhile, the grain sizes were greatly reduced with the increasing Nd content. It was found that due to the addition of Nd both the tensile properties and corrosion resistance were improved substantially.

Micro structures, tensile properties and corrosion behavior of die-cast Mg-4Al-based alloys containing La and/or Ce

In order to study the properties of Mg-Al-RE (AE) series alloys, the Mg-4Al-4RE-0.4Mn (RE= La, Ce/La mischmetal or Ce) alloys were developed. Their microstructures, tensile properties and corrosion behavior have been investigated. The results show that the phase compositions of Mg-4Al-4La-0.4Mn alloy consist of alpha-Mg and Al11La3 phases. While two binary Al-RE (RE = Ce/La) phases, Al11RE3 and Al2RE, are formed in Mg-4Al-4Ce/La-0.4Mn alloy, and Al11Ce3 and Al2Ce are formed in Mg-4Al-4Ce-0.4Mn alloy.

Microstructure and mechanical properties of Mg-4Al-4Nd-0.5Zn-0.3Mn alloy

Mg-4Al-4Nd-0.5Zn-0.3Mn alloy was prepared by metal mould casting method. Microstructure, aging behavior, mechanical properties and fracture morphology of the alloy were investigated. The results showed that alpha-Mg, Al-11 Nd-3, Al2Nd and Mg-32(Al,Zn)(49) phases were the main phases of the as-cast alloy. And the long rod-like Al-11 Nd-3 phase was decomposed to granular Al2Nd through T6 heat treatment. The tensile strength was also enhanced by T6 treatment. The yield strength was increased by 17% and 21% at RT and 150 degrees C, respectively. It was mainly because that the precipitates were refined through T6 treatment and this became more benefit to hinder dislocations slipping.

Microstructures, mechanical properties and corrosion behavior of high-pressure die-cast Mg-4Al-0.4Mn-xPr (x=1, 2, 4, 6) alloys

Mg-4Al-0.4Mn-xPr (x = 1, 2, 4 and 6 wt.%) magnesium alloys were prepared successfully by the high-pressure die-casting technique. The microstructures, mechanical properties, corrosion behavior as well as strengthening mechanism were investigated. The die-cast alloys were mainly composed of small equiaxed dendrites and the matrix. The fine rigid skin region was related to the high cooling rate and the aggregation of alloying elements, such as Pr. With the Pr content increasing, the alpha-Mg grain sizes were reduced gradually and the amounts of the Al2Pr phase and All, Pr-3 phase which mainly concentrated along the grain boundaries were increased and the relative volume ratio of above two phases was changed. Considering the performance-price ratio, the Pr content added around 4 wt.% was suitable to obtain the optimal mechanical properties which can keep well until 200 degrees C as well as good corrosion resistance. The outstanding mechanical properties were mainly attributed to the rigid casting surface layer, grain refinement, grain boundary strengthening obtained by an amount of precipitates as well as solid solution strengthening.

Microstructure, tensile properties, and creep behavior of high-pressure die-cast Mg-4Al-4RE-0.4Mn (RE = La, Ce) alloys

High-pressure die-cast (HPDC) Mg-4Al-4RE-0.4Mn (RE = La, Ce) magnesium alloys were prepared and their microstructures, tensile properties, and creep behavior have been investigated in detail. The results show that two binary Al-Ce phases, Al11Ce3 and Al2Ce, are formed mainly along grain boundaries in Mg-4Al-4Ce-0.4Mn alloy, while the phase composition of Mg-4Al-4La-0.4Mn alloy contains only alpha-Mg and Al11La3. The Al11La3 phase comprises large coverage of the grain boundary region and complicated morphologies. Compared with Al11Ce3 phase, the higher volume fraction and better thermal stability of Al11La3 have resulted in better-fortified grain boundaries of the Mg-4Al-4La-0.4Mn alloy. Thus higher tensile strength and creep resistance could be obtained in Mg-4Al-4La-0.4Mn alloy in comparison with that of Mg-4Al-4Ce-0.4Mn. Results of the theoretical calculation that the stability of Al11La3 is the highest among four Al-RE intermetallic compounds supports the experimental results further.

Microstructure and mechanical properties of Mg–12.3Zn–5.8Y–1.4Al alloy

Microstructure and mechanical properties of as-cast and heat-treated Mg–12.3Zn–5.8Y–1.4Al (ZYA1261) alloy were investigated. The phase compositions of the as-cast alloy are -Mg, Mg3YZn6 (I-phase), Mg3Y2Zn3 (W-phase), Mg12YZn (Z-phase), Mg24Y5, MgZn and a small quantity of Al-containing phase. The phase compositions change with various heat treatment conditions. The highest Vickers hardness is obtained in the alloy aged at 200 ◦C for 5 h, the transmission electron microscopy indicated that fine scale Z-phase precipitates in the matrix. The tensile properties of the as-cast and heat-treated alloys were reported.

Studies on grain refinement and alloying additions on the microstructure and mechanical properties of Mg-8Zn-4Al alloy

MAGNESIUM ALLOYS have strong potential for weight reduction in a wide range of technical applications because of their low density compared to other structural metallic materials. Therefore, an extensive growth of magnesium alloys usage in the automobile sector is expected in the coming years to enhance the fuel efficiency through mass reduction. The drawback associated with the use of commercially cheaper Mg-Al based alloys, such as AZ91, AM60 and AM50 are their inferior creep properties above 100ºC due to the presence of discontinuous Mg17A112 phases at the grain boundaries. Although rare earth-based magnesium alloys show better mechanical properties, it is not economically viable to use these alloys in auto industries. Recently, many new Mg-Al based alloy systems have been developed for high temperature applications, which do not contain the Mg17Al12 phase. It has been proved that the addition of a high percentage of zinc (which depends upon the percentage of Al) to binary Mg-Al alloys also ensures the complete removal of the Mg17Al12 phase and hence exhibits superior high temperature properties.ZA84 alloy is one such system, which has 8%Zn in it (Mg-8Zn-4Al-0.2Mn, all are in wt %) and shows superior creep resistance compared to AZ and AM series alloys. These alloys are mostly used in die casting industries. However, there are certain large and heavy components, made up of this alloy by sand castings that show lower mechanical properties because of their coarse microstructure. Moreover, further improvement in their high temperature behaviour through microstructural modification is also an essential task to make this alloy suitable for the replacement of high strength aluminium alloys used in automobile industry. Grain refinement is an effective way to improve the tensile behaviour of engineering alloys. In fact, grain refinement of Mg-Al based alloys is well documented in literature. However, there is no grain refiner commercially available in the market for Mg-Al alloys. It is also reported in the literature that the microstructure of AZ91 alloy is modified through the minor elemental additions such as Sb, Si, Sr, Ca, etc., which enhance its high temperature properties because of the formation of new stable intermetallics. The same strategy can be used with the ZA84 alloy system to improve its high temperature properties further without sacrificing the other properties. The primary objective of the present research work, “Studies on grain refinement and alloying additions on the microstructure and mechanical properties of Mg-8Zn-4Al alloy” is twofold: 1. To investigate the role of individual and combined additions of Sb and Ca on the microstructure and mechanical properties of ZA84 alloy. 2. To synthesis a novel Mg-1wt%Al4C3 master alloy for grain refinement of ZA84 alloy and investigate its effects on mechanical properties.