Магнитные и магнитотепловые свойства гадолиния, тербия и гольмия в области магнитных фазовых переходов (1103560)
Текст из файла
На правах рукописиЗВЕРЕВ ВЛАДИМИР ИГОРЕВИЧМАГНИТНЫЕ И МАГНИТОТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВАГАДОЛИНИЯ, ТЕРБИЯ И ГОЛЬМИЯ В ОБЛАСТИМАГНИТНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВСпециальность 01.04.11 – «Физика магнитных явлений»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре общей физики и физики конденсированногосостоянияфизическогофакультетаМосковскогогосударственногоуниверситета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорТишин Александр МетталиновичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорЗвездин Анатолий Константиновичдоктор физико-математических наук,профессорПеров Николай СергеевичВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования«Тверской государственныйуниверситет»Защита состоится “” декабря 2012 г.
вч. на заседании диссертационногосовета Д 501.001.70 при Московском государственном университете имениМ.В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва ГСП–1, Ленинские горы, д. 1, стр.2, МГУ имени М.В. Ломоносова, ЦКП физического факультета, конференц-зал.СдиссертациейможноознакомитьсявНаучнойбиблиотекеим. А.М. Горького МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп.,д.27, Фундаментальная библиотека).Автореферат разослан “” ноября 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.70доктор физико-математических наук, профессорПлотников Г.С.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫРедкоземельные металлы (РЗМ) и их сплавы вызывают неослабевающийинтерес исследователей вот уже более пятидесяти лет. В группу этих металловвходит 17 элементов периодической системы. Семейство состоит из церия,празеодима, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия,диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция.
Наибольший интересс точки зрения физики магнетизма представляют так называемые тяжелыеРЗМ: металлы, стоящие в ряду лантаноидов после гадолиния. Уникальныемагнитные свойства этих металлов в совокупности с большой перспективойпрактического применения являются причиной активного исследования ихсвойств: число научных публикаций, посвященных редкоземельныммагнетикам и их сплавам, неизменно растет, начиная с 1950-х гг., чтоспособствует все более глубокому пониманию физики магнитных явлений РЗМи их сплавов. Изучение свойств РЗМ также имеет большое прикладноезначение, так как указанные металлы широко используются во всех областяхсовременной техники.
По меткому выражению академика А.Е. Ферсмана, РЗМявляются «витаминами промышленности» и ее важным стратегическимпотенциалом. РЗМ и их сплавы используются в электронике, приборостроении,атомной промышленности, машиностроении, химической промышленности,в металлургии. Не удивительно, что страны, обладающие значительнымизапасами редкоземельных металлов, считают их стратегическими, называя РЗМ«золотом XXI века».
Так, обладающий наибольшими разведанными запасамиРЗМ в мире Китай, являющийся в настоящее время практически монополистомна рынке редкоземельных металлов, в конце 2010 года увеличил экспортныецены на все металлы этой группы в несколько раз, что вызвало ажиотажныйспрос на рынке и, в свою очередь, способствовало еще более резкому росту цен.В ответ на вызовы времени в США началось расконсервирование собственныхместорождений РЗМ – крупнейшая добывающая американская компанияMolycorp заявила о готовности возобновить собственное производство РЗМв США к 2014 г.
По объему разведанных запасов РЗМ Россия занимает третьеместо в мире. По оценкам экспертов, для возобновления собственной добычии переработки сырья в нашей стране требуется, по крайней мере, десять лет [1].Во исполнение этой цели в 2010–2011 гг. в Правительстве РФ была разработанаФедеральная целевая программа, которая предполагает восстановление полногоцикла добычи – переработки – изготовления продукции из добываемогона территории РФ редкоземельного сырья.
Стратегической целью указаннойпрограммы является завоевание 10% мирового рынка РЗМ к 2020 г.Выполнение поставленной цели поручено Государственной корпорации«РОСАТОМ» и ее головным предприятиям. Таким образом, можно надеяться,что возрождение интереса к редкоземельным металлам в нашей странев скором времени приведет к возобновлению широкомасштабныхисследований их свойств в ведущих отечественных лабораториях. Важноотметить, что основные физические и химические свойства РЗМ в настоящеевремя хорошо изучены: значительный вклад в понимание физики магнетизма1РЗМ внесли теоретические и экспериментальные работы К.П.
Белова [2],Ю.А. Изюмова [3], И.Е. Дзялошинского [4], А.К. Звездина [5] и других [6,7,8].Более того, изучение РЗМ началось и активно развивалось именно на кафедреобщей физики и физики конденсированного состояния физического факультетаМГУ им. М.В. Ломоносова под руководством профессоров К.П. Белова [9],Р.З. Левитина [10], С.А. Никитина [11]. В этом смысле данная диссертационнаяработа является логическим продолжением исследований, проводившихсяна физическом факультете Московского государственного университета.В настоящей работе ставится задача комплексного изучения магнитных имагнитотепловых свойств трех металлов редкоземельного ряда: гадолиния,тербия и гольмия.
Комплексность исследования заключается в использованиицелого ряда как традиционных (измерение полевых и температурныхзависимостей намагниченности, реальной и мнимой компонент магнитнойвосприимчивости, теплоемкости, магнитокалорического эффекта), так и новыхэкспериментальных методик (Холловская магнитометрия, Андреевскаяспектроскопия).Актуальность изучения гадолиния обусловлена возросшим интересомнаучного сообщества к магнитокалорическому эффекту (МКЭ), что связано нетолько с фундаментальными причинами, поскольку МКЭ позволяет получитьдополнительную информацию о природе магнитных фазовых переходов, нотакже с практическим применением, связанным с построением магнитныххолодильных и тепловых машин, основанных на применении МКЭ,применением в медицине, получением сверхнизких температур [12,13].Под магнитокалорическим эффектом обычно понимают адиабатическоеизменение температуры ( Tad ) или изотермическое изменение магнитнойчасти энтропии ( Smagn ) магнитного материала, индуцированное изменениемнапряженности магнитного поля.
Эти величины используются в качествеколичественных характеристик МКЭ.Металлический поликристаллический и монокристаллический гадолинийв настоящее время используется в созданных прототипах магнитныхрефрижераторов, и детальное изучение его магнитных и магнитотепловыхсвойств может оказать влияние на усовершенствование конструкциимагнитных холодильных машин и переход к их промышленному производству.Важно отметить, что максимальных величин МКЭ достигает в областимагнитных фазовых переходов. Поэтому, исследование особенностейповедения данного эффекта в этой области представляет существенныйнаучный и практический интерес.
Одна из точек магнитных фазовых переходовферромагнетиков – температура Кюри, точка на шкале температур, вышекоторой в веществе более не наблюдается дальний магнитный порядок. Данноеопределение температуры Кюри применимо в отсутствие магнитного поля длялюбого магнитного материала, который претерпевает магнитный фазовыйпереход ферромагнетик–парамагнетик (ФМ–ПМ), но в то же время ононе содержит конкретного порядка действий по определению величины TC .Внастоящейработепутемрассмотренияуравнениясостояния2ферромагнитного материала в приближении среднего поля показано, чтозначение размагничивающего фактора N может оказывать заметное влияниена величину TC .
Это теоретическое утверждение подтверждено анализомрезультатов детальных экспериментальных исследований намагниченностимонокристаллов гадолиния существенно различной формы в окрестностипредполагаемой температуры Кюри гадолиния.Настоящий бум в исследовании магнитокалорических материалов,который наблюдается в последние десятилетия, поддерживается ожиданиемтого, что среди новых магнитных материалов для магнитного охлаждениябудет найден материал, у которого значение удельного адиабатическогоизменения температуры Tad будет значительно превосходить значениетакового у металлического гадолиния (2,6 K/Tл).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
