Диссертация (Особенности магнитокалорического эффекта и магнитных свойств сплавов Fe-Rh в области фазового перехода антиферромагнетизм - ферромагнетизм), страница 7

Таблица представлена в работе [141]ВеществоTpt илиTmax, K(∆  )∆()∆()− ∆ ,,− ∆ ,,∆∆2,K/кЭK /кЭмДж/моль Дж/молькДж/мольЭKкЭ33кЭ(мДж/см(мДж/см K(мДж/смкЭ)кЭ)3кЭ)Гипотетический 300 [144]1,8 [144]магнитныйматериалGd294 [145]0,86(1,54) [147](111)0,207[147] 16,12[146][147][147](43,2)0,29 [145][146](3,24) [148]Fe0,49Rh0,51313(44,49) (-11,48) [16] (-212,46)-0,662-6,62(закалённый)[16,149][16]-183,72 [16]-3,4[16]1,04 [16]-401 [16]-6,4-4,04La0,8Ca0,2MnO3 230 [150](2,18) [151](28,3)81,3 [150][151]Gd5Si2Ge2276 [147](2,8) [147](67,2)0,3 [147]6,3365,4 [152][147][147]MnFeP0,65As0,35 212 [153]103,7 [153]1,46(4,5) [153](63,4)MnFeP0,5As0,5287 [153]65,5 [153]1,842(2,7) [153](76,7)MnFeP0,35As0,65 332 [153]51,1 [153]1,35(2,1) [153](54,4)MnAs318 [154]83,1 [155]1,440,26 [155] 6,35(4,1) [155](70,5)Ni0,526Mn0,231Ga0, 297 [156]94,3 [156]0,141(2,9) [156](4,4)243Ni0,501Mn0,207Ga0, 219 [157]-222,5 [157]-0,359(-6,1) [157](-9,1)296LaFe11,4Si1,6208 [156]318,4 [156]7,9(2,82)(70)586,7 [156]7,1(5,19)(62,9)LaFe11,7Si1,3188 [158]480,8 [158]10,63(4,22)(93,2)1036,1 [158]10,6730H,кЭ106060201219,519,56,515155050505050505050505050508850502020505020Необходимо отметить, что МКЭ в сплавах FeRh является отрицательным, то естьобразец охлаждается при приложении поля.

Для сравнения, образец Gd нагревается принамагничивании и охлаждается при размагничивании. Величины МКЭ закаленногообразца Fe49Rh51 являются максимальными среди известных на сегодня материалов.Изменение магнитной части энтропии было определено на основе данных поадиабатическому изменению температуры и теплоёмкости – см. Рис. 9, где приведенызависимости SM(T) для Fe0,49Rh0,51 в полях 0,65 и 1,95 Тл.Рис. 9. Температурные зависимости изменения магнитной части энтропии длязакалённого (а) и отожжённого (б) образцов сплава Fe49Rh51 для различных величин Н =0,65 Тл (1) и 1,95 Тл (2) [16].31На Рис. 10 представлены результаты измерения адиабатического изменениятемпературы ΔT, вызванного МКЭ. На сплавах Fe0,49Rh0,51 наблюдается отрицательныйМКЭ. Как и в случае измерений магнитной проницаемости и удельной теплоемкости,представленные данные демонстрируют значительное различие значений максимумовМКЭ. Температурные пики, соответствующие закаленному образцу, являются болееузкими и по абсолютной величине их максимумы имеют большие значения (-12,9 K длязакаленного и -3,5 K для отожженного образцов в магнитном поле 1,95 Тл).Рис.

10. Температурные зависимости адиабатического изменения температуры ΔTсплавов Fe0,49Rh0,51 в магнитных полях 0,65 Тл, 1,25 Тл, 1,7 Тл и 1,95 Тл, представленные вработе [16]: символы (○) соответствуют отожженному образцу; символы (●)соответствуют закаленному образцу.Основные вклады в МКЭ в области фазового перехода первого рода АФМ – ФМ всплавах Fe-Rh могут быть рассчитаны в рамках термодинамической модели.

В работах[159,160] представлены результаты таких расчетов для вкладов обменной энергии,магнитоупругой энергии, энергии анизотропии и магнитной энергии.В результате расчетов обнаружено, что магнитная энергия почти не вносит вклада в∆SM, т.к. изменение намагниченности ∆M не меняется с температурой около точкиперехода первого рода.

Так как сплавы Fe-Rh характеризуются слабой магнитной32анизотропией, то вклад энергии магнитной анизотропии предполагается незначительным[159]. Основной вклад в ∆SM вносится изменением обменной энергии.В магнитных холодильниках на рабочее тело действует циклично изменяющеесямагнитное поле. В работе [161] в результате измерений показано, что при многократныхциклах изменения магнитного поля величина МКЭ в сплаве Fe48Rh52 уменьшается.На Рис. 11 показана, деградация величины МКЭ после выполнения 1000 и 3000 цикловмагнитного поля.Рис. 11. Деградация параметров МКЭ при многократных циклахвключения/выключения магнитного поля: (1) первоначальное намагничивание, (2) после1000 циклов изменения магнитного поля, (3) после 3000 циклов изменения магнитногополя [161].Также,в работах [162,163] показано уменьшение эффективности охлаждениясплавов Fe-Rh, LaFeSi при цикличном изменении магнитного поля.

Авторами показано,что это обусловлено наличием области сосуществования двух фаз, в которой объемнаядоля каждой фазы зависит от тепловой и магнитной истории.МКЭ в тонких пленках сплава Fe50Rh50 был изучен в работе [164]. Авторами статьиизучались структурные и магнитотепловые свойства эпитаксиальных тонких пленокэквиатомного состава толщиной 100 нм, полученных на подложке из оксида магния.Пленки были изготовлены методом магнетронного распыления объемной мишени сплаваFe-Rhватмосфереаргона.Врезультатематематическойобработкиданныхнамагниченности авторами были получены значения изменения магнитной частиэнтропии для пленок Fe-Rh, а также для пленок, легированных палладием. Результатыпредставлены на Рис. 12.33Рис. 12.

Изменения магнитной части энтропии для пленок Fe50Rh50, FeRhPd3, FeRhPd5при Н = 5 Тл [164].Величина изменения магнитной части энтропии в беспримесном сплаве достигает 20Дж/кг*К при температуре 320 К, что несколько превышает соответствующее значение,наблюдаемое в LaFeSiH при аналогичном изменении внешнего магнитного поля.Небольшие добавки палладия (3 и 5 %) соответственно смещают температуру фазовогоперехода и уменьшают величину, при этом уширяя пик, что свидетельствует онеравномерном распределении палладия в пленке.

При этом уширение пика позволяетговорить об увеличении относительной мощности охлаждения (RCP). В заключениеавторы сравнивают результаты косвенных измерений МКЭ в тонких пленках и объемныхобразцах, делая вывод о том, что для изменения поля 5 Тл величина RCP и потери,связанные с гистерезисом, в тонких пленках немного больше, чем в объемных образцах.В работе [165] показаны результаты исследования структурных и магнитных свойствпленок Fe100-xRhx в зависимости от состава, температуры и магнитного поля.Исследовались составы с содержанием Rh в диапазоне 51 ≤ x ≤ 60.

Из представленныхрезультатов можно отметить, что изменение магнитной части энтропии ∆SM уменьшаетсяпри увеличении в составе сплава Rh и становится равным 0 при x = 62 (Рис. 13). Можнопредложить, что максимальное значение ∆SM наблюдается для состава 50 – 50 или 51 – 49.34Рис. 13.Изменение магнитной части энтропии для различных составов пленок иобъемных Fe-Rh [165].

Использованы результаты работ [39,166].Существует несколько конкурирующих объяснений взаимосвязи изменений вкристаллографической, электронной и магнитной структурах сплавов и пленок Fe-Rh.Одновременное исследование изменений в магнитной и кристаллической подсистемахявляется технически сложной задачей, что приводит к возникновению противоречивыхданных о механизмах, вызывающих фазовый переход в Fe-Rh. При переходе происходяткак магнитные, так и структурные изменения, с увеличением объема ячейки на 1% в ФМфазе.

Несмотря на то, что магнитные и решеточные изменения при переходе в Fe-Rhсвязаны друг с другом, предпринимались попытки разобраться в том, изменения в какойиз этих подсистем «запускают» переход. Исследователей интересует проблема «курицы ияйца»: приводят ли изменения в решетке к изменениям в магнитной структуре илинаоборот? При этом среди литературы встречаются противоречивые данные.

В однихработах предполагается, что структурные изменения приводят к изменениям в магнитнойсистеме [5,167], в других работах отмечено, что изменения в магнитной структурепроисходят по времени до изменений в кристаллической решетке [38,67,109,168,169].Развитие технологий изготовления и применения фемтосекундных лазеров привелок возникновению новой ветви в теории магнетизма – фемтомагнетизм.

В начале 2000-хпоявляются работы по исследованию фазового перехода АФМ – ФМ в сплавах Fe-Rh,вызванного резким пикосекундным нагревом фемтосекундным лазерным импульсом[2,167–171]. Исследование перехода, вызванного быстрым нагревом с помощью лазера,позволяют по-новому взглянуть на сложные взаимосвязи в электронной, решеточной испиновой подструктурах, происходящих при фазовом переходе АФМ – ФМ в Fe-Rh.Также, сверхбыстрые измерения могли бы прояснить то, каким образом различныеэлементы сплава Fe-Rh взаимодействуют в ультракороткой временной шкале, сравнимой с35временами обменного взаимодействия (10 – 100 фс) [172].