Магнитные и магнитотепловые свойства гадолиния, тербия и гольмия в области магнитных фазовых переходов (1103560), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Получитьэкспериментальные доказательства возникновения аномальногоэффекта Андреевского отражения – образование куперовской парыв триплетном состоянии. Подтвердить существование рядамагнитных структур в гольмии, обнаружение которыхтрадиционными методами затруднительно.Положения, выносимые на защиту:1. Величина наблюдаемой на эксперименте температуры Кюри TCферромагнитныхматериаловсущественноотдействияполяразмагничивания. «Истинная» величина температуры определяетсяэкспериментально методом Белова – Горяги с учетом влиянияразмагничивающего фактора.2. Максимальная удельная величина адиабатического изменения температурыTad в объемных ФМ материалах не превышает значения ~ 18 K/Tл, болеереалистичная оценка – единицы градусов (до 8–9 K/Tл).73.
Максимумы магнитотепловых свойств (производной намагниченности,МКЭ) поликристаллического гадолиния, за исключением теплоемкости,смещаются в слабых магнитных полях в сторону более высоких температурс увеличением внешнего поля. Аномальное смещение максимуматеплоемкости в сторону более низких, по сравнению с TC , температуробъясняется сложной зависимостью магнитного вклада в теплоемкостьот величины внешнего поля.4. Для определения зависимостей адиабатического изменения температурыTad от поля (Н) и температуры (Т) в широком интервале температуриспользуется дискретный набор экспериментально измеренных кривыхTad ( H ) , а остальные точки на кривых Tad (T ) и Tad ( H ) вычисляютсяс помощью универсальной кривой для МКЭ.5. Детальные измерения теплоемкости, намагниченности и магнитнойвосприимчивости в переменном магнитном поле на монокристалле тербияв полях от 0 до 75 кЭ в диапазоне температур от 1,8 до 350 K позволилипостроить уточненную магнитную фазовую диаграмму монокристаллатербия в базисной плоскости.
На фазовой диаграмме обнаруженатрикритическая точка, а также широкая область существованияпромежуточной фазы типа веер. Ниже 221 K тербий являетсяферромагнетиком, и парамагнитен выше 228 K.6. Комплексные исследования монокристалла гольмия в интервале полейот 0 до 100 кЭ в диапазоне температур от 1,8 до 350 K позволили уточнитьмагнитную фазовую диаграмму металла. Вместе с уже известными фазами,такими как геликоидальное антиферромагнитное (ГАФМ) упорядочениемежду 20 и 128 K и ФМ структура типа конус, наблюдаемая ниже 20 Kв слабых магнитных полях, в гольмии обнаруживаются три новые областисуществования структур типа спин-слип в температурных диапазонах20–35 K, 35–42 K, и 95–110 K.7.
На контакте сверхпроводник/ферромагнетик (S/F), образованном между Nbи Ho, возникает эффект аномального Андреевского отражения в системеNb/Ho. Данное положение подтверждает факт существования ФМструктуры типа конус в гольмии в области низких температур.Научная новизна работы. Проведенные исследования расширяютсуществующие представления о магнитных и магнитотепловых свойствахгадолиния, тербия и гольмия.На примере монокристаллического гадолиния впервые была доказаназависимость наблюдаемой на эксперименте температуры Кюри от величиныразмагничивающего фактора.
Впервые была получена теоретическая оценкамаксимальной удельной величины МКЭ. Взаимосвязь поведения аномалиймагнитных и магнитотепловых свойств также ранее не исследовалась. Крометого, впервые была предложена феноменологическая процедура построенияуниверсальной кривой для адиабатического изменения температуры.8Магнитные и магнитотепловые свойства тербия и гольмия были впервыеизмерены на высокочистых монокристаллических образцах одного качества.Магнитные фазовые диаграммы металлов были впервые построенына основании комплексного исследования, проведенного с помощью целогоряда экспериментальных методик. Фазовая диаграмма тербия впервыепостроена с учетом точных границ существования фазы типа веер.
Показано,что трикритическая точка в тербии наблюдается при температуре 226 K в поле~150 Э. Область существования фазы типа спин-слип в интервале 95–110 Kв гольмии была определена впервые. Кроме того, в диапазоне 40–120 K и20–80 кЭ в гольмии впервыенаблюдалась промежуточная фаза типа«ферро+веер».Достоверность результатов. Результаты, представленные в диссертации,получены в экспериментах, проведенных на современном научномоборудовании, с использованием статистических методов обработкиэкспериментальных данных. Достоверность полученных результатовобеспечивалась набором взаимодополняющих экспериментальных методики воспроизводимостью получаемых результатов. Результаты исследованийопубликованывреферируемыхжурналахиапробированына специализированных международных конференциях.Практическая значимость работы.
Исследования подобного родаинтересны с практической точки зрения, так как существуют предпосылкисоздания магнитных холодильных машин, работающих на частотах в десятки,сотни, а по некоторым оценкам, и тысячи герц. Необходимо отметить, чтоподобные исследования особенно важны для материалов с магнитным фазовымпереходом второго рода, которые считаются наиболее перспективными дляпрактического применения в магнитных холодильниках. Важной прикладнойпроблемой при поиске перспективных материалов для магнитного охлажденияявляется определение величины МКЭ в магнитных материалах, в частности,ее максимально возможного значения, так как подобная оценка позволяетмоделировать предельные циклы магнитных холодильных машин,использующих теоретически максимально достижимые значения МКЭ и, такимобразом, оценить, каких величин эффективности данная технология в принципемогла бы достичь. Определение точной величины температуры Кюри такжеважно с практической точки зрения, так как таким образом наиболее точноопределяется интервал рабочих температур магнитного холодильника.Предложенная процедура построения универсальной кривой МКЭ в несколькораз ускоряет процесс технологических исследований: данная процедура ужеформализована на языке программирования LabView и является рабочейпрограммой в установке по экспресс измерению МКЭ производстваООО «Перспективные магнитные технологии и консультации».Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работыбыли представлены в виде устных и стендовых докладов на 11 российских9и международных конференциях (труды и тезисы которых опубликованыв соответствующих сборниках): Международная конференция студентов,аспирантов и молодых ученых «Ломоносов–2009» - Москва, 13–17 апреля2009 г., Конференция по магнитному охлаждению при комнатныхтемпературах (Thermag III) – Де Мойн, шт. Айова, США 11–15 мая 2009 г.,Новое в магнетизме и магнитных материалах (НМММ-XXI) – Москва,28 июня–4 июля 2009 г., Международная конференция по магнетизму (ICM2009) – Карлсруэ, Германия 26–31 июля 2009 г., 5-я Международнаяконференция «Функциональные материалы» (ICFM–2009) – Крым, Украина5–10 октября 2009 г., 11 Joint MMM-Intermag – Вашингтон, США 18–22 января2010 г., Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов–2010» - Москва, 12–16 апреля 2010 г., Международнаяконференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов–2011» Москва, 11–15 апреля 2011 г., Московский международный симпозиум помагнетизму (MISM–2011), 21–25 августа 2011 г., Международная конференциястудентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов–2012» - Москва,9–13 апреля 2012 г., Конференция по магнитному охлаждению при комнатныхтемпературах (Thermag V) – Гренобль, Франция, 17–20 сентября 2012 г.Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 13 работ.Список приведен в конце автореферата. В число публикаций входит 5 статейв журналах из списка ВАК.Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе,получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пятиглав с основными результатами и выводами, списка литературы из 157наименований. Общий объем работы составляет 148 страниц, из них 137страниц текста, включая 68 рисунков и 6 таблиц.10СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобоснованаактуальностьвыбраннойтемы,сформулированы цели и основные положения диссертационной работы,выносимые на защиту.
Также отмечены: научная новизна, практическаяи научная значимость полученных результатов. Приведены сведенияо структуре и содержании диссертации.В первой главе дан обзор основных структурных и магнитных свойствмонокристаллов гадолиния, тербия и гольмия. Изложены основныепредставления о магнитокалорическом эффекте и взаимосвязи аномалиймагнитотепловых свойств (намагниченность, теплоемкость, МКЭ). Кроме того,дан обзор используемых в настоящее время методов определения значениятемпературы Кюри, а также измерения МКЭ. Помимо этого, представленкраткий обзор работ, посвященных явлению Андреевского отражения,в частности, теоретически предсказывающих аномальный эффект близостина границе раздела ферромагнетик/сверхпроводник.Во второй главе приведены описания монокристаллических образцовгадолиния, тербия и гольмия, а также технологии их изготовленияиз высокочистых оксидов РЗМ с указанием различий в приготовлении металловиз так называемой «второй» и «третьей» группы металлов [26].
Исследуемыеобразцы были изготовлены в США в лаборатории Университета штата Айова,г. Эймс, под руководством профессоров К. Гшнайднера (Karl A. Gschneidner)и В.К. Печарского (V.K. Pecharsky). Там же был сделан рентгеноструктурныйанализ полученных образцов для точного определения кристаллографическихнаправлений кристаллов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
