Магнитные, тепловые и магнитотранспортные свойства сплавов Гейслера на основе Ni-Mn-In, страница 5

Рассмотрим сначала случай высоких температур, когдаферромагнитная аустенитная фаза достаточно однородна (Рис. 4, T = 295 К). Видхолловской кривой в этом случае типичен для ферромагнитных металлов. Наклон кривойдо и после насыщения положительный. В других сплавах наблюдается подобнаязависимость холловского сопротивления от температуры в ферромагнитной аустенитнойфазе; изменяется только величина эффекта.1,0x10-78,0x10-86,0x10-84,0x10-85,0x10-74,0x10-7277 K80 К2,0x10110 КRH [Ом*см]RH [Ом*см]295 K145 К-8180 К3,0x10-72,0x10-71,0x10-7269 K268 K267 K266 K0,0263 K230 К-2,0x100,0-802468101214016246810121416H [кЭ]H [кЭ]Рис.

4. Зависимости холловского сопротивления от магнитного поля при различныхтемпературах для сплавов Ni48Co2Mn35In15.Рассмотрим вначале зависимости холловского сопротивления от температуры принизкихтемпературах,вобластиферромагнитноймартенситнойфазы,когдасопротивление возрастает в мартенситной фазе.

Из Рис. 4 видно, что при низкихтемпературах наклон зависимости RH(H) в высоких полях отрицателен. Из этого фактаследует, то, что константа НЭХ отрицательна, а вклады в холловское сопротивлениенормального и аномального эффектов одного порядка величины. В других сплавах так жезаметно, что наклон зависимости RH(H) при низких температурах, т.е.

в мартенситнойфазе отрицателен.На Рис. 4 видно, что при 263 К после стандартного поведения эффекта Холла вполях, меньших 10 кЭ, с двумя линейными участками – до и после насыщения, кривизнакривой в поле 10 кЭ изменяется на противоположную – холловское сопротивление снова19начинает возрастать как и в слабых полях. Поведение холловского сопротивления такоговида связано с тем, что при рассматриваемых температурах сплав представляет собойсмесь мартенситной и аустенитной фаз, т.е. двухкомпонентную среду.ОпределениенормальногоианомальногокоэффициентовХоллавблизиструктурного перехода не представляется возможным, используя обычные методикирасчета холловских коэффициентов.

В данной работе коэфициенты Холла были-117,0x10-116,0x10-115,0x10-114,0x10-113,0x10Ni50Mn35In14Si1Нормальный коэффициентАномальный коэффициент-112,0x100,0-12-4,0x10-12-8,0x1080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320Холловские коэффициенты [Ом*см/Гс]Холловские коэффициенты [Ом*см/Гс]определены с использованием методики, описанной во второй главе, так как в6,0x10-11Ni50Mn35In11Si4Нормальный коэффициентАномальный коэффициент4,0x10-112,0x10-110,0-4,0x10-1280100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300T [K]Зависимости5.Рис.T [K]холловских Рис.6.Зависимостихолловскихкоэффициентов от температуры в сплаве коэффициентов от температуры в сплаве-115,0x10-114,0x10-110,3Ni50Mn35In12Si3Аномальная коэффициентНормальная коэффициентα, γ6,0x10Ni50Mn35In11Si4.Коэффициент в полевой зависимости аномальной константы (α)Коэффициент в полевой зависимости нормальной константы (γ)0,0020,20,0000,1-0,0020,0-0,004-0,1-0,006βХолловские коэффициенты [Ом*см/гс]Ni50Mn35In14Si1.-113,0x100,0-12-2,0x10-12-4,0x10-12-6,0x10-0,2-0,008Коэффициент в полевой зависимости магнитосопротивления (β)80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 30080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300T [K]T [K]Рис.

7. Зависимости холловских коэффициентов, а также коэффициентов в полевыхзависимостяханомальнойинормальнойхолловскоймагнитосопротивления от температуры в сплаве Ni50Mn35In12Si3.20константыиисследованных системах электросопротивление может зависить от приложенногомагнитного поля, и кроме того, сильное магнитное поле должно влиять и на самиконстанты НЭХ и АЭХ.Рассчитанныезависимостианомальногоинормальногохолловскогокоэффициентов в сплавах Ni50Mn35In14Si1, Ni50Mn35In12Si3, Ni50Mn35In11Si4 приведены наРис.

4 – Рис. 7, соответственно. Коэффициент β, определяющий влияние магнитного поляна электросопротивление, имеет величину меньше 10-2, так что заметного влияния нахолловское сопротивление изменение электросопротивления с полем оказывать недолжно. Коэффициенты α и γ, описывающие изменение аномального и нормальногокоэффициентов с магнитным полем, в указанных сплавах, также малы во всемтемпературном диапазоне.Из приведенных зависимостей следует, что нормальный холловский коэффициентво всем измеренном температурном диапазоне имеет отрицательный знак. Этот факт даетоснование сделать вывод, что при мартенситном переходе не происходит смены типапроводимости: и в аустенитной и в мартенситной фазе превалирующей является рольэлектронов в создании проводимости. Таким образом, рост холловского сопротивленияпри парапроцессе в аустенитной фазе, наблюдающийся на полевых зависимостяххолловского сопротивления, связан с меньшей по модулю величиной нормальногохолловского коэффициента и возросшим, по сравнению с мартенситной фазой,аномальным коэффициентом.Из графиков видно, что величина аномального коэффициента Холла значительнопревышает по модулю величину нормального холловского коэффициента.

Характернойособенностью исследованныхсплавов Гейслера можно считать и то, что наисследованных образцах не наблюдается никакой видимой корреляции величиныаномального холловского коэффициента от величины электросопротивления. Приструктурном переходе, также не наблюдается корреляция аномального холловскогосопротивленияотвеличинысопротивления:сопротивлениесплаваизменяетсяпрактически в 2-3 раза, а величина холловского коэффициента не испытывает скачка припереходе из мартенситной фазы в аустенитную и остается примерно одинаковой в обеихфазах.Обсуждаются полученные температурные зависимости холловских коэффициентовс точки зрения метода эффективной среды. Как мы видим из рисунков, холловскиекоэффициенты различаются в мартенситной и аустенитной фазах: в аустенитной фазеаномальный холловский коэффициент больше, а нормальный коэффициент Холла меньшепо модулю величины, чем в мартенситной фазе.

При низких температурах образец21находится в мартенситной фазе, затем, при повышении температуры, в некоторыхобластях образца начинает формироваться аустенитная фаза. При повышении отношенияобъемов аустенитной и мартенситной фаз изменяется и величина холловскихкоэффициентов: аномальный холловский коэффициент растет, а нормальный холловскийкоэффициент уменьшается по модулю величины.

При переходе в аустенитную фазувеличина нормального холловского коэффициента практически не меняется, а величинааномального холловского коэффициента продолжает расти с ростом температуры.Зная зависимость холловских коэффициентов от температуры, можно качественнообъяснить ход изотермы зависимости холловского сопротивления от приложенногомагнитного поля, полученной для сплава Ni48Co2Mn35In15 вблизи структурного перехода, спомощью метода эффективной среды.

Как следует из данных магнитных измерений иизмерений МКЭ, поле в 5-10 кЭ достаточно для начала формирования аустенитной фазы сбольшим магнитным моментом и поэтому возникающий рост холловского сопротивлениясвязан со вкладом АЭХ от этой новой фазы, которая в меньших полях простоотсутствовала. Таким образом, в малых полях доминирующую роль играет член,отвечающий за мартенситную фазу, а при повышении поля роль члена, отвечающего зааустенитную фазу, начинает возрастать, т.к. в рассматриваемой системе объемныеконцентрации мартенситной и аустенитной фаз зависят от приложенного магнитногополя.

Дальнейшая трансформация холловских кривых с повышением температуры связанас повышением доли аустенита и процесс этот полностью заканчивается при 277 К, когдаполеваязависимостьхолловскогосопротивленияпринимаетобычныйдляферромагнетиков вид.Такимобразом,экспериментальныеисследованияпоказали,чтомагнитотранспортные свойства в значительной степени зависят от типа допирующегоэлемента и его концентрации. Данные измерения эффекта Холла в мартенситной иаустенитной фазах, а также вблизи мартенситного перехода показывают, что необходимодальнейшее теоретические рассмотрение этого вопроса.Основные результаты и выводы1.Были измерены зависимости адиабатического изменения температуры ∆Т(H) отприложенного магнитного поля. Показано, что вблизи фазового перехода 2-го родадля достижения заметного МКЭ необходимо приложить меньшее по величинемагнитное поле, чем в случае фазового перехода 1-го рода.

Это связано с тем, что для22изменения кристаллической структуры под действием магнитного поля заметнытолько в больших полях (от 1 Тл).2.Зависимостиадиабатическогоизменениятемпературы∆Т(T)отначальнойтемпературы образца, измеренные прямым методом, показывают, что значения МКЭвблизи структурного и магнитного фазовых переходов имеют близкие значения вполях 1,8 кЭ.3.Оценочное сравнение результатов измерений МКЭ прямым и косвенным методомпоказало, что результаты косвенных измерений дают величину МКЭ вблизи фазовогоперехода 1-го рода в 4-6 раз большую. Величина же МКЭ вблизи магнитногофазового перехода имеет приблизительно одно и то же значение как при измеренияхпрямым методом, так и косвенным.

Это связано с тем, что при определенииизменения энтропии не выполняется условие равновесности процесса.4.Определены значения критических индексов ивблизи фазового перехода 2-города в аустенитной фазе.5.При измерениях намагниченности в слабых магнитных полях (до 50 Э) былообнаружено явления квазидиамагнетизма. Было предложено качественное объяснениеэтогоявления,котороеявляетсяследствиемнеупорядоченногосостоянияисследуемых образцов при низких температурах.6.Впервые было измерена зависимость удельного холловского сопротивления отприложенного магнитного поля при метамагнитном переходе, когда материалпредставляет собой смесь мартенситной и аустенитной фаз.7.Были определены нормальные коэффициенты Холла в температурном диапазоне от80 К до температуры Кюри аустенитной фазы.

Было показано, что и в мартенситной,и в аустенитной фазах знак нормального коэффициента отрицателен.8.Определены зависимости аномального коэффициента Холла от температуры.Полученная зависимость не коррелирует с зависимостью электросопротивления оттемпературы. Показано, что рост удельного холловского сопротивления при переходеиз мартенситной фазе в аустенитную не связан со скачкообразным изменениемкоэффициентов Холла, а объясняется резким изменением намагниченности приструктурном переходе.23Список публикаций по теме диссертационной работы1.Эффект Холла при мартенситном переходе в сплавах Гейслера Ni-Со-Mn-In /В.Н. Прудников, А.П. Казаков, И.С.

Титов, Н.C. Перов, А.Б. Грановский, И.C. Дубенко,А.К. Патак, Н. Али, А.П. Жуков, Х. Гонзалес // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 92. С. 735-740.2.Квазидиамагнетизм и обменная анизотропия в сплавах Гейслера Ni-Mn-In-Co /В.Н. Прудников, А.П. Казаков, И.С. Титов, Я.Н.