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近年来,磁卡效应(特别是室温附近的磁卡效应)由于在制冷方面的潜在应用而受到广泛关注。在这一系列的磁制冷材料中包含有很多种材料,比如一级相变材料和二级相变材料,它们具有完全不同的性质。通常来讲,一级相变材料具有比较大的磁熵变,但它的温区比较窄,而二级相变材料的磁熵变较小,但温区很宽。因此我们对一级相变材料和二级相变材料都进行了研究。 我们选取Mn5Ge3作为二级相变材料的研究对象。Mn5Ge3具有较好的制冷效果,在30 kOe的外加磁场下具有-4.92 J/kg K的磁熵变和-201.3 J/kg的制冷能力。而后我们通过modified Arrott plots(MAPs)方法和 Kouvel–Fisher(KF)方法对其临界行为进行研究,得到了临界指数β=0.372±0.003,γ=1.05±0.01和δ=3.88±0.02,这组参数符合Widom关系,而且根据这一组参数,材料的磁化强度可以分化成两条分立的曲线,这些结果都证明了我们得到指数的准确性。但是这组临界指数却不属于任何一个理论模型,我们推测这种现象是由于Mn原子的各向异性造成的。另外,我们还研究了Al掺杂对材料的影响。研究表明,随着Al含量的增加,体系的居里温度从297 K降低到283 K,同时30 kOe下的最大磁熵变也由-4.92 J/kg K减小到-3.0 J/kg K。经过临界行为表征发现 Mn5Ge3-xAlx体系存在相近的临界指数β~0.37,γ~1和δ~3.8。同时,不同成分的熵随温度变化的数据可以归一化成一条十分吻合的曲线,这也说明不同成分之间具有非常相似的临界行为。 对于一级相变材料,我们通过CoMnGe-NiMnGe的耦合设计出了具有多次相变和可调结构相变的材料体系。通常来说,MM’X(M和M’代表过渡金属,X代表Si、Ge、Sn)合金具有两种不同的晶体结构,每种结构都表现出不同磁性相。在这种CoMnGe-NiMnGe的体系中,存在三种可能的磁性相,包括一个TiNiSi结构从铁磁态变化到顺磁态的相(出现在CoMnGe中),一个TiNiSi结构从反铁磁态到顺磁态的相(出现在NiMnGe中)和一个Ni2In结构从铁磁态到顺磁态的相,这种多相共存的状况极有可能形成多重的磁性相变。另一方面,由于存在两种可能的晶体结构,所以在两种结构的磁有序温度构成的温度窗口内很有可能形成结构相变。通过我们的设计,我们实现了反铁磁-铁磁-铁磁(此处为结构相变)-顺磁和反铁磁-铁磁-顺磁(此处为结构相变)的多重相变,并且在结构相变附近观测到了巨大的磁卡效应。另外,根据材料的磁化曲线,我们也观测到了场致相变的现象。