Магнитные, тепловые и магнитотранспортные свойства сплавов Гейслера на основе Ni-Mn-In (1103581), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Наблюдаемый скачок удельногосопротивления Холла при структурном переходе объясняется скачкомнамагниченности, а не изменением аномального коэффициента Холла.Научная новизна работы. Проведенные исследования расширяют существующиепредставления о магнитных, магнитотепловых и магнитотранспортных свойствах сплавовГейслера. Успешная апробация новой методики для расчета коэффициентов Холла, сучетом зависимости их величины от магнитного поля, позволяет рекомендовать ее длядальнейшегоиспользованияприисследованияхмагнитотранспортныхсвойствматериалов.При исследованиях зависимости намагниченности от температуры в слабыхмагнитных полях (до 50 Э) было обнаружено явления квазидиамагнетизма.
Былопредложено качественное объяснение этого явления, которое является следствиемнеупорядоченного состояния исследуемых образцов при низких температурах. Впервыеудалось измерить зависимость удельного холловского сопротивления от приложенногомагнитного поля при метамагнитном переходе, т.е. когда материал представляет собойсмесь мартенситной и аустенитной фаз.В работе показано, что в исследованных сплавах Гейслера как в мартенситной, таки в аустенитной фазах знак нормального коэффициента Холла отрицателен. Определенызависимости аномального коэффициента Холла от температуры. Полученная зависимостьне коррелирует с зависимостью электросопротивления от температуры, таким образом, не6подтверждая утверждение о связи аномального коэффициента Холла и электрическогосопротивления.Достоверностьрезультатов.Результаты,представленныевдиссертации,получены на основе экспериментов, проведенных на современном научном оборудовании,с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных.Достоверность полученных результатов обеспечивалась набором взаимодополняющихэкспериментальных методик и воспроизводимостью получаемых результатов.
Результатыисследований докладывались на специализированных международных конференциях.Практическаязначимостьработы.Результатыисследованиямагнитокалорического эффекта позволяют говорить о том, что изменение температуры висследованных сплавах при фазовом переходе 1-го рода по величине незначительнопревышает значение изменения температуры вблизи фазового перехода 2-го рода приприложении поля 2 Тл. Было показано, что при приложении полей до ~0,5 Тл вблизифазового перехода 2-го рода для достижения заметного МКЭ необходимо приложитьменьшее по величине магнитное поле, чем в случае фазового перехода 1-го рода.При исследованиях магнитотранспортных свойств была успешно применена новаяметодика для расчета коэффициентов Холла, с учетом зависимости их величины отмагнитного поля.
Это позволяет рекомендовать ее для дальнейшего использования приисследованиях магнитотранспортных свойств материалов.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы былипредставлены на 6 российских и международных конференциях в виде стендовых иустных докладов (тезисы которых опубликованы в соответствующих сборниках):Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»(Москва, 2011), Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, 2011), Научнопрактической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты инновационныхпроектов Физического факультета МГУ» (Москва, 2011), International ConferenceElectrodynamics of Complex Materials for Advanced Technologies PLASMETA (Samarkand,Uzbekistan, 2011), Recent Trends in Nanomagnetism, Spintronics and their Applications(Ordizia, Spain, 2011), Ломоносовские чтения (Москва, 2011).Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 5 – вроссийских и зарубежных журналах и в сборниках трудов конференций. Список приведенв конце диссертации. В число публикаций входит 5 статей в журналах из списка ВАК.Личный вклад автора. Все результаты, представленные в работе, получены либолично автором, либо при его непосредственном участии.7Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав сосновными результатами и выводами, списка литературы из 142 наименований. Общийобъем работы составляет 144 страницы, из них 130 страниц текста, включая 64 рисунка и5 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели иосновные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.
Также отмечены:научная новизна, практическая и научная значимость полученных результатов.Приведены сведения о структуре и содержании диссертации.В первой главе дан обзор основных структурных и магнитных свойств сплавовГейслера Ni-Mn-In. Также уделено внимание влиянию легирования нестехиометрическихсплавов Гейслера Ni-Mn-In на температуры фазовых переходов и их физические свойства.Приведены основные представления о магнитокалорическом эффекте (МКЭ) вферромагнетиках и магнитотранспортных свойствах ферромагнитных материалов, такихкак магнитосопротивление (МС) и эффект Холла. Такжедан краткий обзорэкспериментальных работ, в которых изучались магнитотранспортные свойства системыNi-Mn-In.Во второй главе приведены описания образцов сплавов Гейслера на основеNi-Mn-In, легированных 4-м элементом.
Образцы исследуемых сплавов Гейслера былиизготовлены в США в лаборатории Университета Южного Иллинойса. Там же был сделанрентгеноструктурный анализ полученных образцов сплавов Гейслера при комнатнойтемпературе.Описаныметодикиизмерениямагнитных,магнитокалорическихимагнитотранспортных свойств изучаемх образцов. Измерение магнитных свойствпроводилось на вибрационном магнитометре фирмы LakeShore в температурномдиапазоне от 80 К до 400 К и в магнитных полях до 16 кЭ.
Магнитокалорический эффектизмерялся на автоматизированной установке MagEq MMS 801 фирмы AMT&C Group Ltd.Эта установка позволяет измерять МКЭ прямым методом при изменении поля 1,8 Тл, прискоростях изменения поля от 0,05 Тл/с до 2 Тл/с, что достигается использованиемпостоянныхмагнитоввкачествеисточникамагнитногополя.Измерениемагнитотраноспортных свойств проводились, используя 6-ти контактную методику, наавтоматизированнойустановке.Такжевовторойглавеприведеноописаниесуществующих методик расчета констант Холла и их недостатков.
Описана методика8расчета коэффициентов Холла с учетом зависимости их величины от приложенногомагнитного поля.В третьей главе приведены экспериментальные данные измерения магнитных имагнитокалорических свойств 3-х образцов Ni50Mn35In14X (X = In, Ge, Al). Были измереныZFC (zero-field-cooled) и FC (field-cooling) зависимости намагниченности от температуры.Рассмотрены характерные для нестехиометрических составов сплавов Гейслера семействаNi-Mn особенности таких зависимостей.
Среди них можно отметить несовпадение кривыхZFC и FC в области низких температур, наблюдающееся при измерениях в слабых полях,и следующий затем переход в состояние с нулевой спонтанной намагниченностью,характеризующейся уменьшением намагниченности до практически нулевого значения.Также в качестве характерных особенностей был отмечен резкий рост намагниченностидо максимального значения при повышении температуры в окрестности 300 К инаблюдающийся при дальнейшем повышении температуры переход в парамагнитноесостояние.Эторезкоеизменениенамагниченностиобусловленомартенситнымпереходом.Из полученных зависимостей намагниченности от температуры были произведеныоценки температур прямого и обратного мартенсит-аустенитного перехода (TAM и TMA), атакже температур Кюри высокотемпературной ферромагнитной аустенитной фазы (низкотемпературной ферромагнитной мартенситной фазы ()и).
Полученные результатыприведены в Табл. 1.Табл. 1. Температуры переходов и скачок намагниченности при структурном переходе.,KTAM, KTMA, K,K∆M, emu/gNi50Mn35In1521028729831856Ni50Mn35In14Ge21529330730844Ni50Mn35In14Al20529030632132Условно температурный ход намагниченности исследованых сплавов Гейслераможно разделить на 4 участка: ферромагнитная мартенситная фаза (T <фаза с нулевой спонтанной намагниченностью (), мартенситная< T < TMT, где TMT – температурамартенситного перехода), ферромагнитная аустенитная фаза (TMT < T <парамагнитная аустенитная фаза () и< T). В каждом из этих участков были измеренызависимости намагниченности от магнитного поля и петли гистерезиса.9При температурах вышепетли гистерезиса имеют парамагнитный характер,указывая на то, что выше этой температуры магнитный порядок разрушается и системапереходит в парамагнитное состояние.
В температурном интервале от 80 К дотемпературы Кюри мартенситной фазы () зависимость намагниченности от магнитногополя типична для ферромагнитного состояния с небольшой величиной остаточнойнамагниченности и коэрцитивной силы. Петли гистерезиса, полученные в температурноминтервале TMT < T <, т.е. в ферромагнитном аустенитном состоянии, обладалипрактически теми же особенностями в своем поведении.Поскольку именно в области температур близких к TMT наблюдаются аномальнобольшие значения обратного МКЭ, то следующим шагом стало непосредственноеисследование поведения МКЭ в сплавах Ni50Mn35In14X (X = In, Ge, Al). Были измеренызависимости изменения температуры и энтропии указанных сплавов от величиныприложенного магнитного поля и начальной температуры прямым и косвенным методом.В настоящей работе МКЭ в сплавах Гейслера был измерен в температурном диапазоне, вкотором наблюдаются мартенситное превращение и магнитный фазовый переход изферромагнитной аустенитной фазы в парамагнитную.При измерении МКЭ прямым методом были получены семейства зависимостей∆Т(H) при различных температурах для всех измеренных образцов.
При анализесемейства подобных кривых, были выделены следующие особенности МКЭ в сплавахГейслера:1. вблизи фазового перехода 2-го рода МКЭ имеет положительный знак и форма кривой∆Т(H) соответствует теоретическим представлениям о том что вблизи фазовыхпереходов 2-го рода Δ ∝⁄;2. вблизи структурного перехода МКЭ меняет знак на отрицательный и меняет своюформу, что лишний раз подтверждает неприменимость теории МКЭ при фазовыхпревращениях 2-го рода в случае фазовых переходов 1-го рода;3. наличие ярко выраженных аномалий в интервале температур 290 — 330 К натемпературной зависимости ∆Т(T), причем первый пик имеет отрицательный знак, авторой – положительный (см. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
