Магнитотепловые и магнитострикционные свойства фаз лавеса Tb(Co,In)2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые получены многокомпонентные поликристаллические твердые растворы TbInxCo2-x (х = 0 – 0.2) и изучены их кристаллическая структура, магнитные, магнитокалорические и магнитострикционные свойства. Рентгенограммы, полученные при комнатной температуре, демонстрируют преимущественное наличие кубической фазы Лавеса C15 во всех исследуемых образцах. Обнаружено, что при увеличении содержания индия до x = 0.1 параметр решетки увеличивается, а при дальнейшем увеличении до х = 0.2 – уменьшается. Температура Кюри TC при этом монотонно возрастает до 245 К. Изотермическое изменение энтропии ΔSmag рассчитано в соответствии с магнитными измерениями с использованием термодинамического соотношения Максвелла. При изменении внешнего магнитного поля от 0 до 1.8 Тл максимальное изменение энтропии монотонно уменьшается и для состава x = 0.2 составляет 1.8 Дж/(кг∙К). Обнаружен рост величины объемной магнитострикции по мере увеличения содержания индия до x = 0.05. При дальнейшем увеличении концентрации индия пиковые значения снижаются и смещаются в область более высоких температур.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Морозов

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Москва

Г. А. Политова

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Москва; Санкт-Петербург

М. А. Ганин

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН

Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Москва

М. Е. Политов

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Москва

А. Б. Михайлова

Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН

Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Филимонов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: morozoww96@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Tishin A.M., Spichkin Y.I. The magnetocaloric effect and its applications. Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia. 2003. 480 p.
  2. Gratz E., Markosyan A.S. Physical properties of RCo2 Laves phases // J. Phys. Condensed Matter. 2001. V. 13. P. 385–413.
  3. Gerasimov E.G., Inishev A.A., Terentev P.B., Kazantsev V.A., Mushnikov N.V. Magnetostriction and thermal expansion of nonstoichiometric TbCo2Mnx compounds // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 523. P. 167628.
  4. Дубенко И.С., Звездин А.К., Лагутин А.С., Левитин Р.З., Маркосян А.С., Платонов В.В., Таценко О.М. Исследование метамагнитных переходов в зонной d подситеме интерметаллидов RCo2 в сверхсильных магнитных полях до 300 Тл // Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 64. Вып. 3. С. 188–192.
  5. Cwik J., Kolchugina N., Nenkov K. Effect of partial Ho-substitution on the magnetic and magnetocaloric properties of polycrystalline DyCo2-based solid solutions // J. Alloys Compounds. 2013. V. 560. Р. 72–79. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.01.114
  6. Александрян В.В., Белов К.П., Левитин Р.З., Маркосян А.С., Снегирев В.В. Гигантское возрастание температуры Кюри редкоземельных интерметаллических соединений RCo2 при малых замещениях магнитного кобальта немагнитным алюминием // Письма ЖЭТФ. 1984. T. 40. C. 77.
  7. Nikitin S.A., Tskhadadze G.A., Ovchenkova I.A., Zhukova D.A., Ivanova T.I. The Magnetic Phase Transitions and Magnetocaloric Effect in the Ho(Co1-xAlx)2 and Tb(Co1-xAlx)2 Compounds // Solid State Phenomena. 2011. V. 168–169. P. 119–121. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.168-69.119
  8. Ouyang Z.W., Rao G.H., Yang H.F., Liu W.F., Liu G.Y., Feng X.M., Liang J.K. Structure and magnetic phase transition in R(Co1−xGax)2 (R=Nd, Gd, Tb, Dy) compounds // Physica B. 2004. V. 344. P. 436.
  9. Baran S., Tyvanchuk Yu.B., Szytuła A. Crystal structure and magnetic properties of R11Co4In9 (R=Tb, Dy, Ho and Er) compounds // Intermetallics. 2021. V. 130. P. 107065.
  10. Clark A.E. Magnetostrictive RFe2 intermetallic compounds // Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, ed. by K.A. Gschneidner Jr. and L. Eyring. Chapter 15. 1979. P. 231–258.
  11. Grössinger R., Sato Turtelli R., Mehmood N. Materials with high magnetostriction // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2014. V. 60. P. 012002. https://doi.org/10.1088/1757-899X/60/1/012002
  12. Belov K.P. Magnetostriction Phenomena and Their Technical Application. Moscow: Nauka, 1987. 159 p. [in Russian].
  13. Ren W.J., Zhang Z.D. Progress in bulk MgCu2-type rare-earth iron magnetostrictive compounds // Chin. Phys. B. 2013. V. 22 (7). P. 077507.
  14. Engdahl G. Physics of Giant Magnetostriction, in Electromagnetism // Handbook of Giant Magnetostrictive Materials, Ed.: G. Engdahl, Academic Press, San Diego. Chapter 1. 2000. P. 1–125. ISBN 9780122386404. https://doi.org/10.1016/B978-012238640-4/50017-6
  15. Tereshina I.S., Politova G.A., Tereshina E.A., Burkhanov G.S., Chistyakov O.D., Nikitin S.A. Magnetocaloric effect in (Tb,Dy,R)(Co,Fe)2 (R = Ho, Er) multicomponent compounds // J. Phys. Conf. Ser. 2011. V. 266. P. 012077. 2nd International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications (ISAMMA), Sendai, Japan, Jul 12–16, 2010. https://doi.org/10.1088/1742-6596/266/1/012077
  16. Chzhan V.B., Tereshina I.S., Karpenkov A.Y., Tereshina-Chitrova E.A. Persistent values of magnetocaloric effect in the multicomponent Laves phase compounds with varied composition // Acta Materialia. 2018. V. 154. P. 303–310. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.053
  17. Tereshina I., Politova G., Tereshina E., Nikitin S., Burkhanov G., Chistyakov O., Karpenkov A. Magnetocaloric and magnetoelastic effects in (Tb0.45Dy0.55)1-xErxCo2 multicomponent compounds // J. Phys.: Conf. Series, (ICM 2009). 2010. V. 200. P. 092012. https://doi.org/10.1088/1742-6596/ 200/9/092012
  18. Pecharsky V.K., Gschneidner K.A. Magnetocaloric effect from indirect measurements: Magnetization and heat capacity // J. Appl. Phys. 1999. V. 86(1). P. 565–575. https://doi.org/10.1063/1.370767
  19. Игошев П.А. Магнитокалорический эффект и фазовое расслоение: теория и перспективы // Физика металлов и металловедение. 2023. Т. 124. № 11. С. 1065–1073. https://doi.org/10.31857/ S0015323023601058. – EDN JTMSTQ
  20. Соколовский В.В., Загребин М.А., Бучельников В.Д., Марченков В.В. Современные магнитокалорические материалы: существующие проблемы и перспективы исследований // ФММ. 2023. Т. 124. № 11. С. 1019–1024. https://doi.org/10.31857/ S0015323023601629. – EDN HIMEEV
  21. Politova G.A., Tereshina I.S., Karpenkov A.Yu., Chzhan V.B., Cwik J. Magnetism, magnetocaloric and magnetostrictive effects in RCo2 – type (R = Tb, Dy, Ho) laves phase compounds // J. Magn. Magn. Mater. Volume 591, 2024, 171700, ISSN 0304–8853. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171700
  22. Терешина И.С., Овченкова Ю.А., Политова Г.А., Панкратов Н.Ю. Материалы на основе RCo2 и RMnSi для твердотельного магнитного охлаждения // Изв. РАН. Сер. физическая. 2023. T. 87. № 3. C. 353–358. https://doi.org/10.31857/S0367676522700624, EDN: HFYNVW
  23. Tereshina I., Cwik J., Tereshina E., Politova G., Burkhanov G., Chzhan V., Ilyushin A., Miller M., Zaleski A., Nenkov K., Schultz L. Multifunctional phenomena in rare-earth intermetallic compounds with a Laves phase structure: Giant magnetostriction and magnetocaloric effect // IEEE Trans. Mag. 2014. V. 50 (11). P. 2504604, IEEE International Magnetics Conference (Intermag), Dresden, Germany, May 04–08, 2014. https://doi.org/10.1109/TMAG.2014.2324636
  24. Politova G.A., Tereshina I.S., Cwik J. Multifunctional phenomena in Tb-Dy-Gd(Ho)-Co(Al) compounds with a Laves phase structure: Magnetostriction and magnetocaloric effect // J. Alloys Comp. 2020. V. 843. P. 155887. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155887
  25. Tereshina I., Politova G., Tereshina E., Cwik J., Nikitin S., Chistyakov O., Karpenkov A., Karpenkov D., Palewski T. Magnetostriction in (Tb0.45Dy0.55)1-

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифракционные спектры при комнатной температуре для TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2). Цифрами обозначены рефлексы, соответствующие кубической структуре C15

Скачать (153KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Петли гистерезиса удельной намагниченности для TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2), вставка: увеличенный фрагмент (а), и изотермы удельной намагниченности TbIn0.2Co1.8, измеренные при различных температурах (б)

Скачать (443KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурные зависимости намагничивания, вставка: температурная зависимость производной удельной намагниченности по температуре при μ0H = 0.05 Тл (а) и кривые Белова–Арротта для твердого раствора TbIn0.2Co1.8 (б)

Скачать (348KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Температурные зависимости изменения магнитной части энтропии ΔSmag для TbIn0.2Co1.8 вблизи температуры упорядочения, вставка: полевая зависимость –ΔSmag (a), и составов TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) при максимальном изменении магнитного поля до 1.8 Тл (б)

Скачать (321KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температурные зависимости продольной (а) и поперечной (б) магнитострикции сплава TbIn0.15Co1.85

Скачать (204KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Полевые зависимости продольной и поперечной магнитострикции составов TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) при 100 К

Скачать (133KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Полевые зависимости объемной магнитострикции составов TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) при температуре Кюри

Скачать (118KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Температурные зависимости объемной магнитострикции составов TbInxCo2-x (х = 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2) вблизи температуры Кюри

Скачать (115KB)
Метаданные