錳基金屬化合物磁卡效應(yīng)及磁相變的研究.pdf

1、近年來,磁卡效應(yīng)(特別是室溫附近的磁卡效應(yīng))由于在制冷方面的潛在應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。在這一系列的磁制冷材料中包含有很多種材料,比如一級相變材料和二級相變材料,它們具有完全不同的性質(zhì)。通常來講,一級相變材料具有比較大的磁熵變,但它的溫區(qū)比較窄,而二級相變材料的磁熵變較小,但溫區(qū)很寬。因此我們對一級相變材料和二級相變材料都進行了研究。
　　我們選取Mn5Ge3作為二級相變材料的研究對象。Mn5Ge3具有較好的制冷效果,在30 kOe的

2、外加磁場下具有-4.92 J/kg K的磁熵變和-201.3 J/kg的制冷能力。而后我們通過modified Arrott plots(MAPs)方法和 Kouvel–Fisher(KF)方法對其臨界行為進行研究,得到了臨界指數(shù)β=0.372±0.003,γ=1.05±0.01和δ=3.88±0.02,這組參數(shù)符合Widom關(guān)系,而且根據(jù)這一組參數(shù),材料的磁化強度可以分化成兩條分立的曲線,這些結(jié)果都證明了我們得到指數(shù)的準(zhǔn)確性。但是這組

3、臨界指數(shù)卻不屬于任何一個理論模型,我們推測這種現(xiàn)象是由于Mn原子的各向異性造成的。另外,我們還研究了Al摻雜對材料的影響。研究表明,隨著Al含量的增加,體系的居里溫度從297 K降低到283 K,同時30 kOe下的最大磁熵變也由-4.92 J/kg K減小到-3.0 J/kg K。經(jīng)過臨界行為表征發(fā)現(xiàn) Mn5Ge3-xAlx體系存在相近的臨界指數(shù)β~0.37,γ~1和δ~3.8。同時,不同成分的熵隨溫度變化的數(shù)據(jù)可以歸一化成一條十分吻

4、合的曲線,這也說明不同成分之間具有非常相似的臨界行為。
　　對于一級相變材料,我們通過CoMnGe-NiMnGe的耦合設(shè)計出了具有多次相變和可調(diào)結(jié)構(gòu)相變的材料體系。通常來說,MM’X(M和M’代表過渡金屬,X代表Si、Ge、Sn)合金具有兩種不同的晶體結(jié)構(gòu),每種結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出不同磁性相。在這種CoMnGe-NiMnGe的體系中,存在三種可能的磁性相,包括一個TiNiSi結(jié)構(gòu)從鐵磁態(tài)變化到順磁態(tài)的相(出現(xiàn)在CoMnGe中),一個TiN

5、iSi結(jié)構(gòu)從反鐵磁態(tài)到順磁態(tài)的相(出現(xiàn)在NiMnGe中)和一個Ni2In結(jié)構(gòu)從鐵磁態(tài)到順磁態(tài)的相,這種多相共存的狀況極有可能形成多重的磁性相變。另一方面,由于存在兩種可能的晶體結(jié)構(gòu),所以在兩種結(jié)構(gòu)的磁有序溫度構(gòu)成的溫度窗口內(nèi)很有可能形成結(jié)構(gòu)相變。通過我們的設(shè)計,我們實現(xiàn)了反鐵磁-鐵磁-鐵磁(此處為結(jié)構(gòu)相變)-順磁和反鐵磁-鐵磁-順磁(此處為結(jié)構(gòu)相變)的多重相變,并且在結(jié)構(gòu)相變附近觀測到了巨大的磁卡效應(yīng)。另外,根據(jù)材料的磁化曲線,我們也觀