Магнитные, тепловые и магнитотранспортные свойства сплавов Гейслера на основе Ni-Mn-In

• Автор: Казаков, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§1.1. Структурные свойства сплавов Гейслера
1.1.1. Общие сведения о мартенситных переходах
1.1.2. Структурные свойства сплавов Гейслера ШгМпХ
§ 1.2. Магнитные свойства сплавов Гейслера
§1.3. Краткий обзор работ по магнитокалорическому эффекту в сплавах Гейслера
1.3.1. Основные представления о магнитокалорическом эффекте
1.3.2. Магнитокалорический эффект вблизи фазовых переходов 1-го рода
1.3.3. Магнитокалорический эффект вблизи фазовых переходов 2-го рода
1.3.4. Прямой и косвенный методы измерения величины магнитокалорического
эффекта
1.3.5. Магнитокалорический эффект в сплавах Гейслера
§ 1.4. Магнитотранспортные явления в сплавах Гейслера
1.4.1. Основные представления о магнитотранспортных явлениях в ферромагнетиках
1.4.2. Электросопротивление и магнитосопротивление в ставах Гейслера
1.4.3. Эффект Холла в ставах Гейслера
ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
§2.1. Образцы
§ 2.2. Экспериментальные методики
2.2.1. Измерение магнитных свойств
2.2.2. Измерение магнитокалорического эффекта
2.2.3. Измерение магнитотранспортных свойств
2.2.4. Определение коэффициентов Холла

ГЛАВА 3. МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СПЛАВАХ ГЕЙСЛЕРА НА ОСНОВЕ М-МХ-Ш
§ 3.1. Определение температур фазовых переходов сплавов Гейслера и
ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ
§ 3.2. Особенности поведения магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера

§ 3.3. Основные результаты и выводы 3-ей главы
ГЛАВА 4. МАГНИТОТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ГЕЙСЛЕРА
§ 4.1. Магнитные свойства сплавов Гейслера
§ 4.2. Эффект Холла и магнитосопротивление в сплавах Гейслера
§ 4.3. Основные результаты и выводы 4-ой главы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Сплавы Гейслера на основе М-Мп, обладающие структурным переходом, сопровождающимся изменением магнитных свойств, являются объектом интенсивных фундаментальных и прикладных исследований, о чем можно судить по большому количеству публикаций, посвященных данным материалам.
С точки зрения фундаментальной физики, исследования сплавов Гейслера интересны потому, что в них может наблюдаться достаточно сложная последовательность фазовых переходов, при которых меняются различные характеристики сплавов. Например возможна ситуация, когда, температура мартенситного перехода будет совпадать с температурой Кюри. Таким образом, изменение магнитной структуры при структурном фазовом переходе открывает путь к управлению этим переходом с помощью магнитного поля. При таком совмещенном магнитоструктурном фазовом переходе может наблюдаться достаточно сложная зависимость свойств сплава, таких как намагниченность, магнитокалорический эффект, магнитосопротивление и эффект Холла, от внешних параметров, таких как температура или магнитное поле. Поведение свойств сплава вблизи таких переходов будет определяться сосуществованием двух фаз и зависимостью их относительной концентрации от приложенного магнитного поля и температуры.
Одной из величин, принимающих наибольшие значения вблизи фазовых переходов в сплавах Гейслера, является изменение температуры образца при приложении магнитного поля, т.е. так называемый магнитокалорический эффект (МКЭ). Интерес к исследованиям магнитокалорического эффекта в сплавах Гейслера вызван, прежде всего, возможностью их практического применения для магнитного охлаждения. Магнитное охлаждение, основанное на МКЭ является экологически безопасным и экономически выгодным методом охлаждения [1]. Главным преимуществом магнитных рефрижераторов является их экономичность: теоретически их эффективность может достигать 30-60%, в то время как эффективность обычных компрессионных холодильников не превышает 10% [2].
Анонсирование в начале 1997 г. принципиально новой холодильной установки, способной работать вблизи комнатных температур и позволяющей экономить до 30% электрической энергии [3], и открытие несколькими месяцами спустя гигантского МКЭ вблизи комнатных температур в интерметаллиде ОсКгОег) [4] привели к интенсивному исследованию других магнитных материалов, и активному поиску материалов которые могут обладать большим магнитокалорическим эффектом и значительной хладоёмкостью.

а = ав(Т-Тс) + 0(Т-Тс). (19)
Коэффициент а положителен выше температуры Кюри Тс, и отрицателен ниже Тс, коэффициент ß - не зависит от температуры: ß = ß(Tc).
Из условия минимума потенциала
<рдн=0 = min. (20)
можно получить равновесное значение для спонтанной намагниченности Ms:
и, = а (21)
Подставляя М5 в уравнение (18), получим равновесное значение термодинамического потенциала <р.
Напишем выражение для <р в магнитном поле Н, ограничившись первыми тремя членами в (18), с учетом магнитоупругих свойств:
<р = <р0 +— М2-У-уМ2р — НМ. (22)

Минимизация функции <р относительно М приводит к уравнению, описывающему поведение М вблизи температуры Кюри:
(а + ур)М + /Ш3 = Н. (23)
Коэффициент у описывает магнитоупругие свойства и связан с изменением
температуры Кюри при приложении давления р выражением, следующим из условия (к + ур) = 0 при Т = Тс:
ЬТС у
Т£ = -— (24)
Ар а о
Из уравнения (23) можно рассчитать отношение , и подставить его в
1 У М
выражение:
_ (дн
;Ум./м' (25)
Т /дН dT — 1 '
СМ,р * *М,р
где См>р - теплоемкость при фиксированных намагниченности и давлении. В результате получим:
1 адТ
ат = ---?-йм2. (26)
М,р
Из (26) видно, что АТ = кАМ2, где к - коэффициент пропорциональности, зависящий от температуры и теплоемкости. Используя полученное соотношение и уравнение (23), получим уравнение, описывающее зависимость МКЭ от магнитного поля вблизи температуры Кюри для ферромагнетиков: