Магнитокалорический эффект в ферримагнитных соединениях на основе 3d- и 4f- металлов (1103602)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАНа правах рукописиЦхададзе Георгий АмирановичМагнитокалорический эффект в ферримагнитныхсоединениях на основе 3d и 4f-металлов01.04.11 – физика магнитных явленийАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква 2010Работа выполнена на кафедре общей физики и физики конденсированного состоянияфизического факультета МГУ им.

М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорНикитин Сергей АлександровичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессорПрудников Валерий Николаевичдоктор физико-математических наук, профессорШавров Владимир ГригорьевичВедущая организация:Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова Российской Академии НаукЗащита состоится «__» ноября 2010 г. в ___часов на заседании Диссертационного совета№ Д-501.001.70 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносовапо адресу: 119991, ГСП-2, Москва, Воробьёвы горы, д.1, стр.35, конференц-зал Центраколлективного пользования физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического факультета МГУ им.М.В.

ЛомоносоваАвтореферат разослан «___» октября 2010 г.Учёный секретарь Диссертационного совета Д-501.001.70доктор физико-математических наук,профессорГ.С. Плотников2Общая характеристика работыАктуальностьпроблемы.Исследованиеновыхмагнитокалорическихматериалов является актуальным для изучения физических процессов, которыепроисходят при магнитных фазовых переходах, для определения вкладов обменных,магнитокристаллических и магнитоупругих взаимодействий в энергию и энтропиюмагнитоупорядоченных веществ, а также в связи с тем, что такие материалы необходимыдля успешного функционирования магнитных рефрижераторов [1-3]. Интерес кмагнитному охлаждению с помощью магнитных твердотельных хладагентов сильновозрос за последние 10 лет, что в значительной степени связано с глобальнымипроблемами электропотребления и снижения выбросов вредных газовых составляющихпри работе газовых холодильных устройств.

Как было показано на второй международнойконференции по магнитному охлаждению (Thermag2, Любляна, Словения, 2007 год), 15%общего мирового энергетического потребления затрачивается на работу различныхрефрижераторов(кондиционеры,холодильники,морозильники,установкидлязакаливания материалов и т.д.). Показано, что магнитные рефрижераторы потребляютэнергию на 20-30% меньше чем холодильные устройства, использующие технологиюгазового сжатия. За последние 10 лет создано [3] более 10 моделей работающихконструкций магнитных рефрижераторов (США, Испания, Канада, Япония, Франция,Китай и др.).Для обеспечениядостаточно высокого КПД магнитных рефрижераторовнеобходимо разработать эффективные магнитокалорические материалы для работы прикомнатной и более низких температурах.

Эти материалы должны обладать большиммагнитокалорическимэффектом,слабыммагнитнымгистерезисом,большойнамагниченностью, значительной хладоёмкостью, необходимыми технологическимисвойствами.Магнитокалорический эффект (МКЭ) проявляется в обратимом поглощении иливыделении тепла в магнетике, находящемся в адиабатической оболочке, при включении ивыключении магнитного поля. МКЭ обусловлен изменением энтропии магнитнойподсистемы SM. Циклы намагничивания/размагничивания магнетика сходны с цикламирасширения/сжатия газа и могут быть использованы для охлаждения в магнитныхрефрижераторах. В настоящее время созданы и создаются магнитные рефрижераторы дляразличных интервалов температур, включая область комнатных температур.Ведущие лаборатории в области магнетизма в развитых зарубежных странах(США, Франция, Япония и др.) проводят в настоящее время исследования различных3магнитных материалов с большими значениями МКЭ, при этом особое вниманиеуделяется перспективам их использования в магнитных рефрижераторах, которыеобладают рядом преимуществ по сравнению с обычными холодильными устройствамиблагодаря большей эффективности и экологической безопасности.Интерескисследованияммагнитокалорическогоэффектаподкрепляетсяпотребностью промышленности в материалах обладающих высоким МКЭ, для созданиямагнитных холодильных машин, в которых такие материалы могут выступать в ролирабочего тела холодильной установки.

Это позволит отказаться от использованиявредящихэкологиихладагентов.Поэтомунаибольшийинтереспредставляютэкономически выгодные материалы с большим значением магнитокалорического эффектав районе комнатной температуры.В то же время исследование МКЭ является актуальным для физикиконденсированного состояния и физики магнитных явлений, для получения информации оприроде магнитных фазовых переходов в магнитоупорядоченных веществах. [4-10].В данной работе были исследованы перспективные магнитокалорическиематериалы на основе ферримагнитных соединений 4f и 3d-переходных металлов, чтоявляется новым и необходимым этапом по разработке эффективных магнитокалорическихматериалов.Таким образом, изучение магнитокалорического эффекта (МКЭ), появляющегосяпри действии магнитного поля, является актуальной задачей и в последние годы вызываетбольшой интерес.

Однако большинство работ по изучению МКЭ приводят расчетныеданные МКЭ, полученные из измерений намагниченности и иногда теплоемкости, что вряде случаев может заметно расходиться с экспериментальными результатами. В даннойработе были проведены измерения МКЭ прямым методом, для чего была созданаэкспериментальная установка, которая позволила измерить МКЭ в широком интервалетемператур и магнитных полей.Известно[4-10], что МКЭ достигает наибольшего значения в области магнитныхфазовых переходов.Исследования магнитокалорического эффекта дают ценнуюинформацию о свойствах твёрдого тела вблизи фазовых переходов и основныхвзаимодействиях, оказывающих влияние на магнитоупорядоченное состояние.Цель работыЦелью диссертационной работы являлось исследование магнитокалорическогоэффекта в ферримагнетиках в области магнитных фазовых переходов, определениевлияния магнитных фазовых переходов на магнитокалорический эффект, определение4зависимости магнитокалорического эффекта от намагниченности.

Для реализациипоставленнойцелибылипоставленызадачикомплексногоизучениямагнитокалорического эффекта и магнитных свойств для наиболее характерных классовферримагнетиков с различным типом обменных взаимодействий. В диссертационнойработе были исследованы следующие классы ферримагнетиков:1.Соединения R2Fe17, в которых обменное взаимодействие реализуетсявосновномв3d-подрешёткемеждудостаточнохорошолокализованными 3d-электронами атомов железа, а в 4f-подрешёткесуществуют более слабые обменные взаимодействия.2.Соединения типа RCo2 с различными замещениями в редкоземельнойи 3d-подрешётках. В этих соединениях 3d-электроны являются взначительной степени делокализованными, магнетизм обусловлен 3dзоннымиэлектронамииможетбытьобъяснённаосновемодифицированной модели Стонера. Обменные взаимодействия вэтих соединениях реализуются в основном между 3d-зоннымиэлектронами и между 3d и 4f-локализованными электронами.3.Редкоземельные соединения на основе RMnSi в которых обменныевзаимодействия между 4f и 3d-подрешётками марганца намногоменьше, чем обменное взаимодействие внутри подрешёток, врезультате чего, подрешётки РЗ и марганца связаны слабо и в рядеслучаев могут упорядочиваться независимо друг от друга.Определение влияния обменного взаимодействия на величину и зависимостимагнитокалорического эффекта от температуры в области магнитных фазовых переходовявлялось также задачей, которая решалась в диссертационной работе.Научная новизна результатов, полученных в диссертации:1.

Разработана и создана установка для исследования магнитокалорического эффектапрямым методом.2. Исследован МКЭ в области магнитных фазовых переходов и определеназависимость МКЭ от намагниченности и величины обменных взаимодействий вряде ранее не исследовавшихся ферримагнитных РЗ соединений.3. Было проведено комплексное изучение МКЭ и магнитных свойств для наиболеехарактерныхклассовферримагнетиковсразличнымтипомобменныхвзаимодействий.5Научная и практическая значимость работыНаучная значимость диссертации определяется тем, что полученные в настоящей работерезультаты способствуют развитию фундаментальных знаний о физических свойствахферримагнетиков в районе магнитных фазовых переходов. Результаты исследованиймогут быть использованы для разработки магнитокалорическизх материалов длямагнитных рефрижераторов.На защиту выносятся следующие положения:1.Для соединений R2Fe17 с сильной локализацией 3d-электронов обнаружено, чтовеличина МКЭ этих составов определяется главным образом железной подрешёткой.Величина T-эффекта определяется вкладами пропорциональными как квадрату, таки четвёртой степени, что указывает на наличие в области магнитного переходасильных спиновых флуктуаций из-за наличия как положительных, так иотрицательных обменных взаимодействий.2.Проведены измерения МКЭ для составов Y2Fe17-xMnx (x = 3; 4; 5).

Замена железа наMn приводит к заметному уменьшению МКЭ и температуры Кюри в соединенияхY2Fe17-xMnx. Показано, что магнитный фазовый переход из магнитоупорядоченного впарамагнитное состояние в соединениях R2Fe17-xMnx занимает значительныйинтервал температур, что указывает на широкий спектр отрицательных иположительных обменных взаимодействий в этих соединениях.3.Проведены измерения намагниченности и магнитокалорического эффекта зонныхсоединений на основе TbCo2 и HoCo2 с замещениями немагнитными элементами (Y,Al, Ga) в редкоземельной и кобальтовой подрешетках. Обнаружено, что наибольшиезначения магнитокалорического эффекта имеют составы с фазовым переходомпервого рода: HoCo2 и Ho(Co0,98Al0,02)2 (3÷3,5 K при ΔH=13,5 кЭ).4.Установлено, что в соcтавах на основе HoCo2 повышение температуры Кюри выше~115 К путем введения немагнитных добавок Al и Ga в подрешетку Co приводит кизменению типа магнитного фазового перехода от фазового перехода I рода кфазовому переходу II рода, при этом существенно уменьшается величина МКЭ.Показано, что небольшие замещения немагнитными элементами в подрешётках РЗ икобальта могут как увеличивать температуру магнитного упорядочения, так исущественно повышать величину МКЭ.5.Впервые измерен МКЭ в составах GdхLa1-хMnSi.

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.

Список файлов диссертации