Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68412110.31857/S0033849425010062HJJNOSPHYSICAL PROCESSES IN ELECTRONIC DEVICESФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХResearch ArticleMetamagnetic phase transition in Mn5Si3 compoundМетамагнитный фазовый переход в соединении Mn5Si3KuznetsovА. S.КузнецовА. С.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comMashirovА. V.МашировА. В.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comMusabirovI. I.МусабировИ. И.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comMitsiukV. I.МитюкВ. И.
Belarus
kuznetsovalserg@gmail.comKoshelevА. V.КошелевА. В.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comKolesovК. А.КолесовК. А.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comGaifullinR. Yu.ГайфуллинР. Ю.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comKoledovV. V.КоледовВ. В.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comShavrovV. G.ШавровВ. Г.
Russian Federation
kuznetsovalserg@gmail.comKotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of the RASИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАНInstitute for Metals Superplasticity Problems of the RASИнститут проблем сверхпластичности металлов РАНScientific and Practical Center of the NAS of Belarus for Materials ScienceНаучно-практический центр НАН Беларуси по материаловедениюInstitute of Experimental Mineralogy of the RASИнститут экспериментальной минералогии РАН17012025701536413062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://innoscience.ru/0033-8494/article/view/684121

The electrical resistance of the Mn5Si3 compound in magnetic fields up to 2 T at cryogenic temperatures in the range from 35 K to 90 K was studied. The characteristic temperatures of the magnetic phase transition TN1 and TN2 were determined based on the results of measuring the heat capacity at constant pressure CP, magnetization M and specific electrical resistance ρ. It was shown that the behavior of the ρ(T) curves differs depending on the measurement conditions and protocol. Based on the results of measuring the magnetocaloric properties in strong magnetic fields up to 10 T at cryogenic temperatures in the range from 25 to 125 K, both the inverse and conventional magnetocaloric effects were observed. The maximum value of the inverse magnetocaloric effect was ∆Tad = –1.1 K at an initial temperature T0 = 50 K in a magnetic field of 10 T. Conventional magnetocaloric effect with a maximum value of ∆Tad = +0.9 K is observed at T0 = 62.5 K in a field of 10 T. A local exponent of field distribution of entropy n is determined, the value of which n > 2 confirms the type and existence of a first-order phase transition.

Проведены исследования электросопротивления соединения Mn5Si3 в магнитных полях до 2 Тл при криогенных температурах в диапазоне от 35 до 90 K. По результатам измерений теплоемкости при постоянном давлении CP, намагниченности M и удельного электросопротивления ρ определены характерные температуры магнитных фазовых переходов TN1 и TN2. Показано, что поведение кривых ρ(T) отличается в зависимости от условий и протокола проведения измерений. По результатам измерений магнитокалорических свойств в сильных магнитных полях до 10 Тл при криогенных температурах в диапазоне от 25 до 125 К наблюдается как обратный, так и прямой магнитокалорический эффект. Максимальное значение обратного магнитокалорического эффекта составило ∆Tад = –1.1 K при начальной температуре T0 = 50 K в магнитном поле 10 Тл. Прямой магнитокалорический эффект с максимальным значением ∆Tад = +0.9 K наблюдается при T0 = 62.5 K в поле 10 Тл. Определен локальный показатель полевого распределения энтропии n, значение которого n > 2 подтверждает тип и существование фазового перехода 1-го рода.

Mn5Si3manganese silicidemetamagnetic phase transitioninverse magnetocaloric effecttransport propertiesMn5Si3силицид марганцаметамагнитный фазовый переходобратный магнитокалорический эффекттранспортные свойстваРоссийский научный фондRussian Science Foundation20-79-10197Tishin A.M., Pecharsky V.K., Gschneidner K.A. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. № 1. P. 503. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.503Balli M., Jandl S., Fournier P. et al. // Appl. Phys. Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 021305. https://doi.org/10.1063/1.4983612Franco V., Blázquez J.S., Conde A. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. № 22. P. 222512. https://doi.org/10.1063/1.2399361von Ranke P.J., de Oliveira N.A., Alho B.P. et al. // J. Phys.: Cond. Matt. 2009. V. 21. № 5. P. 056004. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/5/056004MacDonald A.H., Tsoi M. // Phil. Trans. R. Soc. A. 2011. V. 369. № 1948. P. 3098. https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0014Tishin A.M., Spichkin Y.I. The Magnetocaloric Effect and its Applications. Bristol: Inst. of Physics Publishing, 2003. https://doi.org/10.1201/9781420033373Numazawaa T., Kamiya K., Utaki T., Matsumoto K. // Progress in Superconductivity and Cryogenics. 2013. V. 15. № 2. P. 1. https://doi.org/10.9714/psac.2013.15.2.001Doerr M., Bœuf J., Pfleiderer C. et. al. // Physica B. 2004.V. 346–347. P. 137.Kübler J., Felser C. // EuroPhys. Lett 2014. V. 108. № 6. P. 67001. https://doi.org./10.1209/0295-5075/108/67001Caron L., Miao X.F., P Klaasse J.C. et al. // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 103. № 11. P. 112404. https://doi.org/10.1063/1.4821197Tekgul A., Cakır O., Acet M. et al. // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. № 15. P. 153903. https://doi.org/10.1063/1.4934253Lander G.H., Brown P.J., Forsyth J.B. // Proc. Phys. Soc. 1967. V. 91. № 2. P. 332. https://doi.org/10.1088/0370-1328/91/2/310Menshikov A.Z., Vokhmyanin A.P., Dorofeev Yu.A. // Phys. Stat. Solid. B. 1990. V. 158. № 1. P. 319.https://doi.org/10.1002/pssb.2221580132Cудакова Н.П., Кузнецов С.И., Михельсон А.В. и др. // Докл. АН СССР. 1976. Т. 228. № 3. С. 582. http://mi.mathnet.ru/rus/dan/v228/i3/p582Luccas R.F., Sánchez-Santolino G., Correa-Orellana A. et. al. // J. Magn. Magn. Mater. 2019. V. 489. P. 165451. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.165451Songlin Dagula, Tegus O. et al. // J. Alloys and Compounds. 2002. V. 334. P. 242. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(01)01776-5Gottschilch M., Gourdon O., Persson J. et al. // J. Material Chemistry. 2012. V. 22. № 30. P. 15275. https://doi.org/10.1039/C2JM00154CBrown P.J., Forsyth J.B., Nunez V., Tasset F. // J. Phys.: Cond. Matt. 1992. V. 4. № 49. P. 10025. https://doi.org/10.1088/0953-8984/4/49/029Brown P.J., Forsyth J.B. // J. Phys.: Cond. Matt. 1995. V. 7. № 39. P. 7619. https://doi.org/10.1088/0953-8984/7/39/004Silva M.R., Brown P.J., Forsyth J.B. // J. Phys.: Cond. Matt. 2002. V. 14. № 37. P. 8707. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/37/307Кузнецов А.С., Маширов А.В., Мусабиров И.И. и др. // РЭ. 2023. Т. 68. № 4. С. 353. https://10.31857/S0033849423040083Koshkid’ko Yu.S., Ćwik J., Ivanova T.I. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 433. P. 234. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.03.027Кузнецов А.С., Маширов А.В., Алиев А.М. и др. // ФММ. 2022. Т. 123. № 4. С. 425. https://doi.org/10.1134/S0031918X2204007XLeciejewicz J., Penc B., Szytula A. et al. // Acta Physica Polonica A. 2008. V. 113. № 4. P. 1193. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.113.1193de Almeida D.M., Bormio-Nunes C., Nunes C.A. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2009. V. 321. P. 2578. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.03.067Al-Kanani H.J., Booth J.G. // J. Magn. Magn. Mater. 1995. V. 140. P. 1539. https://doi.org/10.1016/0304-8853(94)01157-5Das S.C., Mandal K., Dutta P. et al. // Phys. Rev. B. 2019. V. 100. № 2. P. 024409. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.024409Sürgers C., Kittler W., Wolf T., v. Löhneysen H. // AIP Advances. 2016. V. 6. № 5. P. 055604. https://doi.org/10.1063/1.4943759Meaden G.T. // Contemporary Physics, 1971. V. 12. № 4. P. 313. https://doi.org/10.1080/00107517108205267Wilding M.D., Lee E.W. // Proc. Phys. Soc. 1965. V. 85. № 5. P. 955. https://doi.org/10.1088/0370-1328/85/5/313Hall P.M., Legvold S., Spedding F.H. // Phys. Rev. 1960. V. 117. № 4. P. 971. https://doi.org/10.1103/PhysRev.117.971Ellerby M., McEwen K.A., Jensen J. // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. № 14. P. 8416. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.8416Das S.C., Pramanick S., Chatterjee S. // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 529. P. 167909. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.167909Adhikari S.K., Roy R., Das S.C. et al. // J. Alloys and Compound. 2023. V. 967. Article No. 171752. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171752Das S.C., Chatterjee S. // J. Magn. Magn. 2022. V. 892. P. 162212. Mater. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162212Adhikari S.K., Roy R., Das S. C. et al. // J. Magn. Magn. 2024. V. 589. P. 171591. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171591Zheng X.Q., Xu Z.Y., Zhang B. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 421. P. 448. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.08.048Rajivgandhi R., Arout Chelvane J., Nigam A.K. et al. // J. Alloys and Compounds. 2020. V. 815. Article No. 152659. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152659Kamantsev A.P., Koshkid’ko Yu.S, Taskaev S.V. et al. // J. Superconductivity and Novel Magnetism. 2022. V. 35. № 8. P. 2181. https://doi.org/10.1007/s10948-022-06336-zПанкратов Н.Ю., Терешина И.С., Никитин С.А. // ФММ. 2023. Т. 124. С. V. 124. № 11. P. 1093. https://doi.org/10.1134/S0031918X23601841Gu Y., Wang X., Li S. et al. // J. Alloys and Compounds. 2023. V. 960. Article No. 170918. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170918Aндреенко А.С., Белов К.П., Никитин С.А., Тишин А.М. // Успехи физ. наук. 1989. Т. 158. № 4. С. 553. https://doi.org/10.1070/PU1989v032n08ABEH002745Алиев А.М., Батдалов А.Б., Ханов Л.Н. и др. // ФТТ. 2020. Т. 62. № 5. С. 748 https://doi.org/10.1134/S1063783420050030Ханов Л.Н. Батдалов А.Б., Маширов А. и др. // ФТТ. 2018. Т. 60. № 6. С. 1099. https://doi.org/10.21883/FTT.2018.06.45982.09MPramanick S., Chatterjee S. et al. // J. Alloys and Compounds. 2013. V. 578. P. 157. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.04.074Fayzullin R., Buchelnikov V., Mashirov A., Zhukov M. // Physics Procedia. 2015. V. 75. P. 1259. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.12.139Kuznetsov D.D., Kuznetsova E.I., Mashirov A.V. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 8. Article No. 1385. https://doi.org/10.3390/nano13081385Biniskos N., Schmalzl K., Raymond S. et al. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. № 25. P. 257205. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.257205Sürgers C., Wolf T., Adelmann P. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. Article No. 42982. https://doi.org/10.1038/srep42982Pecharsky V.K., Gschneidner K.A. // J. Appl. Phys. 1999. V. 86. № 1. P. 565. https://doi.org/10.1063/1.370767Tegus O., Bruck E., Zhang L. et al. // Physica B: Cond. Matt. 2002. V. 319. № 1–4. P. 174. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(02)01119-5Shen T.D., Schwarz R.B., Coulter J.Y., Thompson J.D. // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 8. P. 5240. https://doi.org/10.1063/1.1456957Law J.Y., Franco V., Moreno-Ramírez L.M. et al. // Nature Commun. 2018. V. 9. Article No. 2680. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05111-w