Диссертация (Особенности магнитокалорического эффекта и магнитных свойств сплавов Fe-Rh в области фазового перехода антиферромагнетизм - ферромагнетизм), страница 11

Блокизмерения ∆T состоит из дифференциальной термопары и вольтметра Agilent 34410А.Измерение величины магнитного поля осуществляется датчиком Холла, установленном надержателе образца и гауссметром. Приборы, управляемые компьютером, производят55одновременную запись величин ∆T и H со скоростью 50 отсчетов в секунду. Эти данныезаписываются в файл измерений и строится зависимость ∆T(H).Блок контроля температуры состоит из резистивного температурного датчика,смонтированного на держателе образца, нагревателя и контроллера температурыLakeShore Model 331.

Управляющая программа задает необходимые значения температуризмерения, после чего блок контроля температуры производит установку температурыизмерения и ее стабилизацию.Подключение приборов (вольтметр, гауссметр и контроллер) осуществляетсяпосредством GPIB-интерфейса. Для управления регулируемым источником магнитногополя используется контроллер движения National Instruments (NI) Two Axis PCI 7340.Программа управления и сбора данных основана на LabVIEW 8.2.Исследуемые в настоящей работе сплавы на основе Fe-Rh проявляют магнитныйфазовый переход первого рода АФМ – ФМ.

Данный переход характеризуетсясуществованием температурного гистерезиса, который может влиять на результатыизмерений. Для того, чтобы исключить это влияние и обеспечения воспроизводимостиэкспериментальных данных перед каждым измерением образцы переводились в АФМсостояние путем их охлаждения до температуры 270 К в случае Fe50,4Rh49,6 и 240 К дляFe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9. Похожая схема схема прямых измерений использоваласьавторами работы [16]. Затем образец медленно нагревался с постоянной скоростью 2К/мин до требуемой температуры измерений, после чего запускалась магнитная система, ипроводились измерения. Значения температур в 270 К и 240 К, при которых можнодостоверно считать, что соответствующие образцы имеют установившуюся АФМ фазу,выбрано из данных намагниченности и предварительных измерений МКЭ.

ИзмеренияМКЭ при предварительном переводе образца в АФМ состояние при охлаждении до 270 К(для Fe50,4Rh49,6) и 240 К (для Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9) совпадали с измерениямипри предварительном охлаждении до 80 К, что позволяет утверждать, что выбранныезначение температуры являются достаточными для установления АФМ состояния висследуемых образцах. Аналогичным образом была проверена скорость нагрева дотребуемой температуры.

Были проведены измерения МКЭ при более медленной скоростинагрева в 0,2 К/мин, результаты которых совпадали с результатами, полученными прискорости нагрева 2 К/мин. Таким образом, значения температур охлаждения в 270 К дляFe50,4Rh49,6 и 240 К (для Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, а также скорости нагрева дотребуемойтемпературыв2К/минявляютсяоптимальнымиповторяемости результатов измерений за минимальное время.56дляобеспеченияНа основе нескольких предварительных измерений МКЭ в исследуемых образцахбыл разработан протокол воспроизводимых измерений, который включает в себя двесхемы проведения измерений. Измерения по схеме измерений 1 проводились последующему алгоритму:- образец медленно со скоростью 2 К/мин охлаждается до температуры 270 К (240 Кдля сплавов с содержанием палладия);- выдерживается в течение 5 минут при данной температуре (270 К или 240 К), приэтом, образец находится в АФМ состоянии во всем объеме;- далее, образец медленно (со скоростью 2 К/мин) нагревается до первого значениятемпературы измерений T1изм;- при достижении температуры измерений, образец выдерживается при даннойтемпературе в течение времени, необходимого для стабилизации;- после стабилизации запускается магнитная система, выполняются измерения,записываются данные ∆T и H в течение одного или нескольких целых циклов изменениямагнитного поля;- после этого образец снова охлаждается со скоростью 2 К/мин до температуры 270или 240 К и выдерживается при этой температуре в течение 5 минут;- нагревается до второго значения температуры измерений T2изм = T1изм + ∆Tшаг, где∆Tшаг – шаг измерений по температуре, измерения проводились с шагом по температуре в1 К;- при достижении температуры T2изм и стабилизации запускаются измерения, послекоторых образец снова охлаждается до температуры 270 К или 240 К со скоростью 2К/мин;Таким образом, при схеме, описанной выше, образец перед каждым измерениемнагревается из начального АФМ состояния при температуре 270 К (или 240 К) дотемпературы измерений.

Измерения при такой схеме происходят при нагревании: каждаяследующая температура измерений выше предыдущей – в ходе измерений совершаетсяпереход АФМ – ФМ.Возможна также другая схема измерений, при которой образец перед каждымизмерением ∆T и H переводится в ФМ состояние при нагревании. При такой схемеизмерений каждая следующая температура измерений ниже предыдущей и измерения57проводятся при охлаждении образца – совершается переход ФМ – АФМ.

Такие измеренияпроводятся по схеме (схема измерений 2):- образец медленно со скоростью 2 К/мин нагревается до температуры 350 К;- выдерживается в течение 5 минут при данной температуре (350 К), при этом,образец находится в ФМ состоянии во всем объеме;- далее, образец медленно (со скоростью 2 К/мин) охлаждается до первого значениятемпературы измерений T1изм;- при достижении температуры измерений, образец выдерживается при даннойтемпературе в течение времени, необходимого для стабилизации;- после стабилизации запускается магнитная система, выполняются измерения,записываются данные ∆T и H в течение одного или нескольких целых циклов изменениямагнитного поля;- после этого образец снова нагревается со скоростью 2 К/мин до температуры 350 Ки выдерживается при этой температуре в течение 5 минут;- затем снова охлаждается до второго значения температуры измерений T2изм = T1изм ∆Tшаг, где ∆Tшаг – шаг измерений по температуре, измерения проводились с шагом потемпературе в 2 К;- при достижении температуры T2изм и стабилизации запускаются измерения, послекоторых образец снова нагревается до температуры 350 К со скоростью 2 К/мин;- по описанной схеме проводятся измерения по всему заданному температурномудиапазону в области магнитного перехода в образце.В ходе исследования МКЭ с использованием представленного протокола измеренийбыло получено около 500 зависимостей ΔT(H) для трех сплавов: Fe50,4Rh49,6 и 240 К,Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9.Для проведения исследований МКЭ по разработанной методике воспроизводимыхизмерений в автоматическом режиме управляющая программа была модернизирована.

Вкомпьютерную программу, была добавлена новая опция, при активации которой передустановкой требуемого значения температуры измерения образец выдерживается призаданной температуре, а затем медленно (со скоростью 2 К/мин) нагревается илиохлаждается до температуры измерения.58ГЛАВА 3. Магнитные и структурные свойства сплавов на основе Fe-Rh3.1.Рентгенофазовый анализ.Для определения кристаллической структуры используемых образцов был проведенрентгенофазовый анализ на излучении Cu Kα с помощью рентгеновского дифрактометра(M18XHF-SRA, MAC Science co.

ltd.). На Рис. 26 представлена дифрактограммаиспользуемого образца Fe50,4Rh49,6. Анализ показал преобладание фазы с кристаллическойструктурой bcc (ОЦК), которой соответствуют пики при 2θ равном 42,55°; 61,9°; 78,2°;93,55°. Также, присутствуют слабые пики, которые относятся к кристаллическойструктуре fcc (ГЦК) при 2θ равном 41,3°; 52,85°; 70,25°; 85,3°. На Рис. 27 (b) представленаизмеренная зависимость параметра решетки образца Fe50,4Rh49,6 от величины cos2θ.Параметр решетки, используемого для измерений образца, определяется путемэкстраполяции полученных точек линейной функцией до значения cos2θ = 0. Былополучено значение параметра решетки a = 2.974 Å ± 0.004 Å.Fe50,4Rh49,6Рис. 26.

Результаты рентгенофазового анализа образца Fe50,4Rh49,6: (а) дифрактограмма;(б) определение параметра решетки.59Измерения позволили определить значение параметра дальнего порядка по формуле:− = +ℎ √ ,ℎ(1)где fFe и fRh – атомные факторы рассеивания для атомов Fe и Rh, IS и If –интенсивности сверхструктурного рефлекса и основного рефлекса, соответственно.Полученное значение параметра дальнего порядка S для Fe50,4Rh49,6 составило 0,980.Fe49,7Rh47,4Pd2,9Рис. 27. Результаты рентгенофазового анализа образца Fe49,7Rh47,4Pd2,9: (а)дифрактограмма; (б) определение параметра решетки.На Рис. 27 показаны результаты рентгенофазового анализа для объемногозакаленного образца Fe49,7Rh47,4Pd2,9. Данный сплав также показывает преобладание фазыс кристаллической структурой bcc (ОЦК), которой соответствуют рефлексы при 2θравном 42,8°; 62,01°; 78,22°; 93,44°.

Также присутствуют слабые рефлексы, которыеотносятся к кристаллической структуре fcc (ГЦК) при 2θ равном 41,57°; 52,98°; 70,3°. НаРис. 26 (b) представлена измеренная зависимость параметра решетки образцаFe49,7Rh47,4Pd2,9 от величины cos2θ. Было получено значение параметра решетки a = 2.992Å ± 0.004 Å.60Нейтронографические измерения3.2.В результате исследования для образца Fe50,4Rh49,6 были получены нейтронныедифракционные спектры (нейтронограммы) при температурах 293 К, 310 К, 320 К, 330 К,340 К, 350 К.

Значения температур, при которых проводились нейтронографическиеисследования выбраны таким образом, чтобы получить данные, которые соответствуюткак АФМ состоянию, так и ФМ состоянию сплава Fe50,4Rh49,6. На Рис. 29 представленынейтронные спектры для трех значений температур:-310 К – температура, при которой в образце преобладает АФМ состояние;-330 К – значение температуры наиболее близкое к точке перехода;-350 К – температура, при которой образец находится в ФМ состоянии.Обработка исходных данных проводилась методом Ритвельда [189]. В результатеисследований получена нейтронограмма, которая содержит данные о кристаллической имагнитной структурах исследуемого образца.В результате обработки экспериментальных нейтронных спектров установлено, чторефлексы при dhkl = 3,4 А и dhkl = 1,7 A относятся к АФМ фазе. При увеличениитемпературы наблюдается уменьшение интенсивностей этих пиков - магнитный моментАФМ фазы изменяется.