Исследование магнитных и магнитокалорических свойств сплавов Гейслера методом Монте Карло

• Автор: Соколовский, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Исследование МКЭ в сплавах Гейслера №2+.гМп1л.Са методом Монте Карло. Модель простой кубической решетки

1.1. Теоретическая модель. Гамильтониан системы

1.2. Выбор параметров модели

1.3. Численные результаты

2. Исследование МКЭ в сплавах Гейслера М2+лМи1_хСа методом Монте Карло. Реальная кристаллическая решетка

2.1. Модель Гейзенберга. Моделирование Т — х диаграммы сплавов М-Мп-ва

2.2. Г амильтониан моделей Поттса и БЭГ

2.3. Выбор параметров модели

2.4. Численные результаты

3. Исследование МКЭ в сплавах М-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ) методом Монте Карло. Простая кубическая решетка
3.1. Теоретические модели
3.2. Выбор параметров моделей
3.3. Численные результаты моделей
4. Исследование МКЭ в сплавах Гейслера №-Мп-Х (X = 1п, Бп, БЬ) методом Монте Карло. Реальная кристаллическая решетка
4.1. Теоретическая модель
4.2. Выбор параметров модели
4.3. Численные результаты
Заключение
Список публикаций автора по теме диссертации
Список публикаций автора, не вошедших в диссертацию
Список цитированной литературы

Введение
Одно из традиционных направлений по изучению магнитоупорядоченных сред в физике конденсированного состояния связано с исследованием фазовых переходов. Знание всех возможных фаз и фазовых переходов между ними, обеспечивает правильное понимание и прогнозирование свойств твердых тел. В условиях, когда система находится в каком - либо равновесном состоянии, и ее физические свойства достоверно определены, можно говорить о применении этих свойств и их исследовании. Любое такое равновесное состояние (фаза) существует в определенных, ограниченных параметрами системы, условиях. Детальное исследование фазовых превращений необходимо, т.к. одно и то же химическое соединение может проявлять различные свойства, порой прямо противоположные. Как динамический процесс, фазовый переход может происходить в конечном интервале времени, температуры и любого другого параметра системы. В момент превращения система проявляет множество ярко выраженных свойств, недоступных в условиях фазового равновесия. Несомненно, что в окрестности фазового перехода имеют место аномалии в поведении различных параметров вещества, что в свою очередь приводит к усилению ряда эффектов, проявление которых в процессе равновесия либо невозможно, либо мало. Так, одним из таких эффектов, который проявляется наиболее ярко именно в области фазовых переходов, является магнитокалорический эффект (МКЭ).
Несомненно, изучение МКЭ, наблюдающегося в различных материалах при изменении внешнего магнитного поля, является актуальной задачей физики конденсированных сред по нескольким причинам. Во-первых, исследования магнитокалорических свойств в комплексе с исследованиями других свойств материала позволяют получить дополнительные сведения о природе магнитного упорядоченного состояния, взаимосвязи магнитных, упругих и тепловых характеристик. Во-вторых, т.к. наибольших значений величина МКЭ

достигает в окрестности фазовых переходов, то, как экспериментальные, так и теоретические исследования МКЭ тесно связаны с изучением поведения других различных свойств твердого тела вблизи области фазового перехода. Более того, получить адекватное представление о причинах, вызывающих появление тех или иных значений МКЭ, зачастую можно лишь разобравшись в механизме соответствующего фазового перехода. Таким образом, изучение МКЭ оказывается тесно связанным с развитием физики фазовых переходов и критических явлений.
МКЭ в магнитоупорядоченных средах напоминает процессы, происходящие в газах при изменении внешнего давления. В случае адиабатического (без теплообмена с окружающей средой) намагничивания магнитного материала мы имеем дело с эффектом, связанным с действием внешнего магнитного поля на атомную магнитную систему. Воздействие внешнего поля приводит к перераспределению внутренней энергии магнетика и как следствие, его нагреву или охлаждению в зависимости от природы магнитного материала. В случае ферромагнитной системы, действие поля приводит к увеличению числа параллельных спинов (уменьшению магнитной энтропии) и, соответственно, к уменьшению энергии обменного взаимодействия за счет добавочной отрицательной энергии внешнего магнитного поля -ЦвН- Поскольку энтропия магнетика складывается из энтропии его кристаллической решетки, связанной с колебаниями атомов, и магнитной части, связанной с его спиновой системой, то в силу условия адиабатичности, т.е. постоянства или не убывания энтропии, уменьшение магнитной части энтропии должно компенсироваться увеличением энтропии кристаллической решетки. Последнее достигается путем увеличения интенсивности теплового движения, т.е. нагреванием системы (прямой МКЭ). В случае же антиферромагнитной системы, полную энтропию можно представить как сумму магнитных энтропий подрешеток кристалла и энтропии кристаллической решетки. Например, если внешнее магнитное поле приложено

сплавах Е5814 (К = вс1, ТЬ). Данные сплавы относятся к категории сплавов с магнитным переходом 2-го рода. Для расчета МКЭ авторы использовали модель гамильтониана локализованных спинов с учетом ионной анизотропии и спин - спинового взаимодействия. В работе [83] авторы исследовали МКЭ в сплавах Лавеса ИАЬ (Я = Эу, ТЬ) с помощью метода Монте Карло, используя модель гамильтониана взаимодействующих спинов с учетом ионной анизотропии. В данных сплавах экспериментально наблюдается только магнитный фазовый переход 2-го рода, В работе [84] авторы рассчитали МКЭ в ряде сплавов (ОбдгТЬ1_Д5814 методом Монте Карло. В рассмотренных сплавах наблюдается магнитный фазовый переход 2-го рода во всей концентрационной области Об без изменения симметрии кристаллической решетки. Для расчета энергии системы авторы воспользовались моделью 4/ - взаимодействующих спинов с учетом ионной анизотропии. В работе [85] методом Монте Карло авторы исследовали МКЭ в сплавах с магнитным переходом 2-го рода СсЗ(А1]„
В расчетах авторы использовали модель спин-спинового взаимодействия Гейзенберга. В работе [86] авторы вычислили МКЭ в сплавах (Ой0)бТЬ0;4)5814 с магнитным переходом 2-го рода с помощью метода Монте Карло. Для1 исследования магнитокалорических свойств этого сплава авторы использовали модель гамильтониана А/ взаимодействующих спинов с учетом ионной анизотропии.
Характерной особенностью каждой из приведенных выше работ является то, что для вычисления и моделирования МКЭ в редкоземельных сплавах методом Монте Карло рассматривались только сплавы с магнитным фазовым переходом 2-го рода и без учета структурного превращения.
В добавлении к теоретическим моделям [72 - 86] рассмотренным выше, в работе [87] авторы представили модель описания магнитного, предмартенситного и структурного фазовых переходов в сплаве №2МпОа методом Монте Карло. В двухмерной модели рассматривалось взаимодействие между структурными и магнитными степенями свободы с применением модели