Научная статья на тему 'ОБРАТНЫЙ МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙЭФФЕКТ В СИСТЕМЕ MNNI1-XFEXGE'

ОБРАТНЫЙ МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙЭФФЕКТ В СИСТЕМЕ MNNI1-XFEXGE Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
112
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ / ПОЛУГЕЙСЛЕРОВЫ СПЛАВЫ / MAGNETOCALORIC EFFECT / HALF-HEUSLER ALLOYS

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Королев Кирилл Александрович, Сиваченко Александр Павлович, Грибанов Игорь Федорович, Головчан Алексей Витальевич, Каменев Виктор Иванович

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование магнитокалорического эффекта в монокристаллах MnNi1-xFexGe. Методом Бриджмена выращены монокристаллы MnNi0.75Fe0.25Ge, MnNi0.8Fe0.2Ge, MnNi0.9Fe0.1Ge, исследованы их магнитные и магнитокалорические свойства. Показано, что величина обратного МКЭ сильно зависит от ориентации монокристалла. Продемонстрировано, что в сильных магнитных полях обратный магнитокалорический эффект на переходе АФ-ФМ меняет знак при увеличении магнитного поля свыше 3 Тл.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Королев Кирилл Александрович, Сиваченко Александр Павлович, Грибанов Игорь Федорович, Головчан Алексей Витальевич, Каменев Виктор Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INVERSE MAGNETOCALORIC EFFECTIN THE MNNI1-XFEXGE SYSTEM

The purpose of this work is to refine the experimental study of the magnetocaloric effect in MnNi1-xFexGe single crystals. Single crystals of MnNi0.75Fe0.25Ge, MnNi0.8Fe0.2Ge, MnNi0.9Fe0.1Ge were grown by the Bridgman method, and their magnetic and magnetocaloric properties were studied. It is shown that the magnitude of the inverse MCE strongly depends on the orientation of the single crystal. It is shown that in strong magnetic fields the inverse magnetocaloric effect on the AF-FM transition changes the sign with an increase in the magnetic field above 3 T.

Текст научной работы на тему «ОБРАТНЫЙ МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙЭФФЕКТ В СИСТЕМЕ MNNI1-XFEXGE»

Челябинский физико-математический журнал. 2020. Т. 5, вып. 4, ч. 2. С. 569-579.

УДК 669.017 Б01: 10.47475/2500-0101-2020-15416

ОБРАТНЫЙ МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СИСТЕМЕ MnNil-xFexGe

К. А. Королев1, А. П. Сиваченко1'", И. Ф. Грибанов1, А. В. Головчан1'6,

1, Т. С. Сиваченко1, А. В. Маширов2с, В. И. Митюк3^, Е. П. Андрейченко4, С. В. Таскаев5,6е

1 Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР 2Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия 3Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению, Минск, Беларусь

4Донецкий национальный технический университет, Донецк, ДНР 5 Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия

6Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия

"aleksandr.sivachenko@gmail.com, 6golovchan@gmail.com, сa.v.mashirov@mail.ru, dmitsiuk@ifttp.Ъas-net.Ъy, еtsv@csu.ru

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование магнитокало-рического эффекта в монокристаллах MnNil_xFexGe. Методом Бриджмена выращены монокристаллы MnNio.75Feo.25Ge, MnNi0.sFe0.2Ge, MnNio.9FeoлGe, исследованы их магнитные и магнитокалорические свойства. Показано, что величина обратного МКЭ сильно зависит от ориентации монокристалла. Продемонстрировано, что в сильных магнитных полях обратный магнитокалорический эффект на переходе АФ-ФМ меняет знак при увеличении магнитного поля свыше 3 Тл.

Ключевые слова: магнитокалорический эффект, полугейслеровы сплавы.

Материалы с магнитоструктурным фазовым переходом, в которых кристаллическая и магнитная структура изменяются одновременно, привлекают значительное внимание не только из-за их важности для фундаментальной науки, но также широкими возможностями их практического применения. Благодаря сильной взаимосвязи магнитной и решёточной подсистем возможно, с одной стороны, управление магнитоструктурными фазовыми переходами с помощью магнитного поля, температуры или давления, а с другой — условиями реализации ряда эффектов, таких как: гигантская магнитострикция, магнитосопротивление, гигантский маг-нитокалорический эффект и индуцированный полем эффект памяти формы.

Как известно из литературы [1], стехиометрический №МпОе при высоких температурах является парамагнетиком с гексагональной кристаллической структурой типа №21п (группа симметрии Р63/шше). При понижении температуры происходит бездиффузионный структурный переход = 470 К) от высокотемпературной гексагональной к низкотемпературной орторомбической структуре типа (группа симметрии Рпта). Дальнейшее понижение температуры приводит к изоструктурному магнитному фазовому переходу из парамагнитной (РМ) фазы в

В. И. Каменев

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 18-42-06201).

антиферромагнитную спиральную структуру (TN = 346 K), намагниченность которой очень мала. При дальнейшем понижении температуры (260 К) наблюдается возникновение сложной магнитной структуры типа двойная спираль [2]. Подбором подходящего легирования в MnNiGe возможно сформировать как новое состояние со спонтанной намагниченностью, так и создать материалы с сильным магнито-упругим взаимодействием [2].

Одним из вариантов такого легирования является замещение части атомов никеля железом в стехиометрическом MnNiGe. Указанное замещение способствует проявлению ферромагнитной фазы (x > 0.1) на фазовой диаграмме температура-концентрация [3], а также понижает температуры магнитного и структурного фазовых переходов до их совмещения при 20 % концентрации железа. Таким образом, в образцах при x > 0.2 формируется резкий магнитоструктурный фазовый переход гексагональный парамагнетик (ПМ) — орторомбический ферромагнетик (ФМ), ключевыми особенностями которого являются [4]: большое изменение параметров решётки ((Aa/a)orth = -12.3 %, (Ab/6)orth = 8.6 %, А V/V = -2.66 %), гигантский магнитокалорический эффект (^18 Дж/кгхК в поле 5 Тл и 2 Дж/кгхК в поле 1 Тл), большой температурный гистерезис. Низкотемпературная антиферромагнитная фаза (АФ) обладает сложной магнитной структурой и довольно легко складывается внешним магнитным полем [3; 4].

Отдельный интерес представляет магнитокалорическое поведение данной системы в области составов, где возможно индуцирование магнитным полем фазовых переходов как беспорядок-порядок (парамагнетик-ферромагнетик), так и порядок-порядок (антиферромагнетик-ферромагнетик). Согласно общим термодинамическим соотношениям, изменение энтропии на этих переходах должно иметь противоположный знак [5] (прямой и обратный магнитокалорический эффект), что и наблюдается на эксперименте. Интересная особенность обратного магнитокалори-ческого эффекта в данном материале очень чётко проявляется при рассмотрении изотермических зависимостей намагниченности от магнитного поля (рис. 1). Для определения изменения магнитной энтропии по изотермам намагничивания широко используется соотношение Максвелла

(дМ \ _ (OS ^

\дт) в = V ов) т' откуда для АS имеем равенство

Bmax

AS™ = дГ( / MdB).

0

В таком подходе изменение энтропии определяется скоростью изменения площади под кривой изотермического намагничивания. Вернувшись теперь к экспериментальным полевым зависимостям намагниченности в районе фазового перехода антиферромагнетик-ферромагнетик (рис. 1), видим, что наличие точки пересечения изотерм намагничивания в поле 0.9 Тл будет приводить к нелинейной зависимости ASm: с ростом магнитного поля вначале будет возрастать, в поле 0.9 Тл — иметь максимум, а при дальнейшем увеличении магнитного поля — убывать и даже менять знак.

Поликристаллические образцы MnNii-xFexGe были получены из элементов Mn, Fe, Ni, Ge, взятых в соответствии со стехиометрическим составом, индукционной плавкой в кварцевом тигле в атмосфере аргона. Давление аргона — 0.95 атм. Для

Рис. 1. Изотермические кривые намагничивания MnNi0.75Fe0.25Ge вблизи перехода антиферромагнетик-ферромагнетик [3]

получения гомогенизированного образца проводилось ускоренное охлаждение расплава на вращающийся медный диск, что вызывает одновременную кристаллизацию сплава по всему объёму и приводит к равномерному распределению элементов во всём объёме образца, т. е. к его гомогенизации. Монокристаллы MnNii-xFexGe выращивались методом Бриджмана — Стокбаргера [6]. Образец перемещался с помощью поплавковой камеры.

Элементный состав образцов контролировался методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6490LV с энергодисперсионной приставкой INCA Penta FETx3. Результаты элементного химического анализа приведены в таблице. Отличие элементного состава полученных образцов от закладываемого достигает 16 %. Такое поведение образцов после плавки наблюдается в большинстве гейслеровых и полугейслеровых сплавов. Отличие, по всей вероятности, связано с различными температурами плавления исходных элементов. Это предположение подтверждается анализом элементного состава образцов, взятых из различных частей монокристалла MnNi0.sFe0.2Ge (таблица).

Элементный состав монокристаллических образцов MnNii-xFexGe

Состав по закладке Mn Fe Ni Ge Состав по данным элементного анализа

MnNi0.8Fe0.2Ge начало 26.91 6.32 29.09 37.69 Mn0.9 Ni0.87Fe0.19Ge1.13

MnNi0.8Fe0.2Ge середина 32.13 7.53 30.19 30.15 Mn0.97Ni0.91Fe0.23Ge0.91

MnNi0.8Fe0.2Ge конец 31.69 6.73 32.01 29.57 Mn0.95Ni0.9eFe0.2Ge0.89

MnNi0.75Fe0.25Ge 33.86 9.15 26.82 30.17 Mn1.02Ni0.sFe0.2sGe0.91

MnNi0.85Fe0.15Ge 32.84 5.26 30.16 31.74 Mn0.99Ni0.91Fe0.1eGe0.95

MnNi0.9Fe0.1Ge 32.29 3.51 32.53 31.67 Mn0.97Ni0.98Fe0.11Ge0.95

MnNiGe 33.46 - 36.56 29.92 MnNi1.1Ge0.9

Анализ кристаллической структуры монокристаллов проводился на дифрак-тометре ДРОН-3 с использованием Си-Ка-излучения и низкотемпературной рентгеновской камеры. Все монокристаллы при комнатной температуре имеют гексагональную кристаллическую структуру типа №21п (группа симметрии Р63/шше). Рентгенограмма образца MnNio.75Feo.25Ge при комнатной температуре представлена на рис. 2. На рентгенограмме гексагональной фазы хорошо видно два пика (110)ьех и (102)ьех. Определённые по ним параметры решётки гексагональной фазы составляют а^ех = 4.09 А, сьех = 5.37 А. При уменьшении концентрации железа параметры решётки меняются незначительно и для Мп№085Fe0.15Се составляют а^ех = 4.08 А,

сЬех = 5.35 А.

26 2(2(с1ед)

Рис.2. Дифрактограмма MnNio.75Ре0.25Се при комнатной температуре (я) и при температуре начала структурного перехода (Ь)

При понижении температуры в сплавах MnNi1-xFex Ge происходит структурный фазовый переход из гексагональной в орторомбическую фазу, что подтверждается рентгеновскими исследованиями при низких температурах (рис. 2). Параметры кристаллической решётки составляют для образца MnNio.75Feo.25Ge aorth = 6.05 A, borth = 3.66 A, corth = 7.138 А, а для образца MnNi0.85Fe0.15Ge — aorth = 6.06 A, borth = 3.66 A, corth = 7.11 A. Значительная «деформация» элементарной ячейки

при структурном фазовом переходе ^^^ = +12.7%, Vor12hV_2Vfe = +1.73%^ приводит к возникновению в материале больших напряжений, которые могут вызвать разрушение материала.

Магнитные свойства полученных образцов исследовались в полях до 1 Тл при помощи маятниковых магнитных весов типа Доменикали (рис. 3-5). Изотермы намагничивания в квазистатических полях до 8 Тл измеряли методом вибрационного магнитометра с помощью ACMS-блока установки PPMS-9 фирмы Quantum Design (рис. 6).

Температура структурного фазового перехода определялась методом дифференциального термического анализа (ДТА). Температура структурного перехода при увеличении концентрации железа уменьшается от 205-230 К для x = 0.15 до 150-170 К для образцов с x = 0.25.

На рис. 3, 4 представлены кривые зависимости намагниченности от температуры для образцов MnNi0.8Fe0.2Ge, MnNi0 75Fe0.25Ge, MnNi0.gFe0.1 Ge в сильном (0.97 Тл) и слабом (0.15 Тл) магнитном поле, снятые при различных ориентациях магнитного поля относительно кристаллографических осей. Температурные зависимости намагниченности в сильном магнитном поле для поликристаллического и монокристаллического образцов отличаются незначительно. Температура фазо-

вого перехода ФМ-ПМ отличается на 5 К. Гистерезис фазового перехода в монокристаллическом образце меньше, чем в поликристаллическом. В слабом поле ситуация меняется. Температура перехода ФМ-ПМ поликристаллического образца ниже температуры перехода монокристаллов.

Рис.3. Температурная зависимость намагниченности Мп№0.8 Ре0.2 Ое (а) и Мп№о.75Рео.25Ое (Ь) в монокристаллическом (вдоль различных направлений) и Мп№0.8Ре0.2Ое в поликристаллическом (а) состояниях. Сплошные символы — нагрев, пустые — охлаждение

Рис.4. Температурная зависимость намагниченности монокристалла МпШо.дРео.1Ое.

Сплошные символы — нагрев, пустые — охлаждение

Область фазового перехода АФ-ФМ при увеличении концентрации железа понижается от 180-200 К для Мп№о.дРео.1Ое и до 150-170 К в Мп№о.75Рео.25Ое, достигая при этом температуры структурного фазового перехода, определённой по данным ДТА. Таким образом, в Мп№0.75Ре0.25Ое появляется совмещённый магни-

тоструктурный фазовый переход из гексагональной ФМ-фазы в орторомбическую АФ-фазу.

На рис. 5 представлены типичные кривые намагничивания монокристалла Мп№0.75Ре0.25Се при разных температурах. При комнатной температуре образец ведёт себя как типичный парамагнетик. Форма низкотемпературных кривых намагничивания характерна для антиферромагнетиков. Магнитные моменты спирали перпендикулярны оси аог1ь. В магнитном поле 0.8 Тл происходит переориентация магнитных моментов.

Рис. 5. Кривые намагничивания монокристалла Мп№о.75Рео.25Се при различных температурах и ориентациях магнитного поля

Наличие двух близко расположенных фазовых переходов ПМ-ФМ и ФМ-АФ позволяет использовать данную систему как модельную для изучения фундаментальных свойств как прямого (переход ПМ-ФМ) так и обратного (переход АФ-ФМ) магнитокалорического эффекта.

Оценка величины магнитокалорического эффекта (изменения магнитной энтропии) проводилась для двух монокристаллов Мп№09Ре0.1 Се и Мп№075Ре0.25Се по стандартной методике по зависимостям М (Т, Н) с помощью соотношения Максвелла. Результаты расчётов приведены на рис. 7-9.

При определении магнитокалорического эффекта в монокристалле Мп№09 Ре0^ Се использовались температурные зависимости намагниченности, измеренные в магнитном поле, создаваемом лабораторным электромагнитом (АВ = 0-1 Тл). Монокристалл ориентировался так, что магнитное поле направлялось вдоль гексагональной оси с, которая соответствует орторомбической оси а. Прямой магнитокалорический эффект на фазовом переходе ПМ-ФМ наблюдается в диапазоне температур 195-230 К и достигает -0.3 Дж/кг-К при 205 К (рис.7). Обратный магнитокалорический эффект наблюдается в диапазоне

Рис. 6. Изотемпературные кривые намагничивания орторомбической оси Ь монокристалла Мп№075Ре0.25Ое, измеренные в окрестности фазовых переходов (150-220 К)

Рис.7. Температурная зависимость магнитокалорического эффекта в Мп№0.9Ре0лОе

температур 175-195 К и достигает максимальной величины 0.4 Дж/кг-К при 185 К. При температуре 195 К прямой и обратный магнитокалорические эффекты взаимокомпенсируются и А5 = 0.

При увеличении концентрации железа область существования ферромагнитной фазы и, соответственно, расстояние между фазовыми переходами ПМ-ФМ и ФМ-АФ увеличивается, что положительно сказывается на величине МКЭ (рис.8). Таким образом, в настоящей работе методом Бриджмена выращены монокристаллы Мп№0.75Ре0.25Се, Мп№0.8Ре0.2Се, Мп№0.9Ре0дСе, исследованы их магнитные и магнитокалорические свойства. Показано, что величина обратного МКЭ сильно зави-

1.5-,

■в|| ьог1Ь

ВНаоИЬ

1.0-

Рис. 8. Магнитокалорический эффект монокристалла Мп№0.75 ^е0.25 Се вдоль разных осей А В = 0-1 Тл, рассчитанный по кривым М (Т)

Рис. 9. Магнитокалорический эффект Мп№075 Ре0.25 Се вдоль орторомбической Ь-оси в монокристаллическом образце, рассчитанный по кривым М(Н)

сит от ориентации монокристалла (рис. 8). Показано, что «совмещение» магнитного и структурного переходов в образце Мп№075Ре0.25йе усиливает величину магни-токалорического эффекта. Продемонстрировано, что в сильных магнитных полях обратный магнитокалорический эффект на переходе АФ-ФМ меняет знак при увеличении магнитного поля свыше 3 Тл, орторомбическая ось а которого направлена вдоль магнитного поля, максимальное значение прямого МКЭ достигается при 200 К и составляет -0.6 Дж/кг-К. Величина обратного МКЭ возрастает до 0.7 Дж/кг-К при 170 К. При изменении направления магнитного поля (В У ) величина обратного магнитокалорического эффекта увеличивается в два раза (до 1.35 Дж/кг*К при А В = 0-1 Тл). Данный рост вызван опрокидыванием магнитных подрешёток в поле 0.8 Тл (рис. 5).

Определённый интерес представляет поведение прямого и обратного МКЭ в сильных магнитных полях, поскольку, согласно полевой зависимости кривых намагничивания ПМ- и АФ-фаз (рис. 6), изменение магнитной энтропии содержит два вклада. Первый связан с изменением энтропии при метамагнитном фазовом переходе АМ-ФМ (А£ш > 0) или ПМ-ФМ (А£ш < 0), а второй определяется изменением магнитной энтропии при парапроцессе (АБр < 0). Эти вклады взаимодополняют друг друга при переходе ПМ-ФМ и конкурируют при переходе АФ-ФМ. Поэтому прямой магнитокалорический эффект с ростом магнитного поля возрастает, а обратный магнитокалорический эффект при превышении некоторого граничного поля начинает убывать (рис. 9).

Таким образом, в настоящей работе методом Бриджмена выращены монокристаллы Мп№075Ре0.25йе, Мп№08Ре0.2йе, Мп№09Ееа1 йе, исследованы их магнитные и магнитокалорические свойства. Показано, что величина обратного МКЭ сильно зависит от ориентации монокристалла (рис.8). Показано, что «совмещение» магнитного и структурного переходов в образце Мп№0.75Ре0.25йе усиливает величину магнитокалорического эффекта. Продемонстрировано, что в сильных магнитных полях обратный магнитокалорический эффект на переходе АФ-ФМ меняет знак при увеличении магнитного поля свыше 3 Тл.

Список литературы

1. Bazela, W. Crystal and magnetic structure of NiMnGe / W. Bazela, A. Szytula, J.Todorovic, Z.Tomkowicz, A. Zieba // Physica Status Solidi (a). — 1976. — Vol. 88. — P. 721-729.

2. Fjellvag, H. On the crystal structure and magnetic properties of MnNiGe / H. Fjellvag, A.F.Andersen // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 1985. — Vol. 50. — P. 291-297.

3. Liu, E. Stable magnetostructural coupling with tunable magnetoresponsive effects in hexagonal ferromagnets / E.Liu, W.Wang, L. Feng, W. Zhu, G.Li, J.Chen, H.Zhang, G. Wu, C. Jiang, H. Xu, F. de Boer // Nature Communications. — 2012. — Vol. 3. — P. 873.

4. Cheng-Liang, Z. Magnetic phase transitions and magnetocaloric effect in the Fe-doped MnNiGe alloys / Z. Cheng-Liang, W. Dun-Hui, C. Jian, W. Ting-Zhi, X. Guang-Xi, Z. Chun // Chinese Physics B. — 2011. — Vol. 20. — P. 097501.

5. von Ranke, P. J. Understanding the inverse magnetocaloric effect in antiferro- and ferrimagnetic arrangements / P. J. von Ranke, N. A. deOliveira, B.P. Alho, E. J. R. Plaza, V. S. R. de Sousa, L. Caron, M. S. Reis // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2009. — Vol. 21. — P. 056004.

6. Yu, S. Y. Large magnetoresistance in single-crystalline Ni50Mn50-xInx alloys (x=14-16) upon martensitic transformation / S.Y. Yu, Z.H.Liu, G.D.Liu, J.L.Chen, Z.X. Cao, G.H.Wu, B.Zhang, X.X.Zhang // Applied Physics Letters. — 2006. — Vol. 89. — P. 162503.

Поступила в 'редакцию 17.09.2020. После переработки 31.10.2020.

Сведения об авторах

Королев Кирилл Александрович, инженер отдела магнитных и резонансных свойств твердого тела, Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР. Сиваченко Александр Павлович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела магнитных и резонансных свойств твердого тела, Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР; e-mail: aleksandr.sivachenko@gmail.com.

Грибанов Игорь Федорович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела магнитных и резонансных свойств твердого тела, Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР. Головчан Алексей Витальевич, кандидат физико-математических наук, доцент, заместитель директора по научной работе, Донецкий физико-технический институт

; e-mail: golovchan@gmail.com.

, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, заместитель директора по научной работе, Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР.

Сиваченко Татьяна Сергеевна, младший научный сотрудник отдела магнитных и резонансных свойств твердого тела, Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР.

Маширов Алексей Викторович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории магнитных явлений в микроэлектронике, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Москва, Россия; e-mail: a.v.mashirov@mail.ru.

Митюк Виктор Иосифович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики магнитных материалов, Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению, Минск, Беларусь; e-mail: mitsiuk@ifttp.bas-net.by.

им. А. А. Галкина, Донецк, ДНР Каменев Виктор Иванович

Андрейченко Елена Петровна, студентка электротехнического факультета, Донецкий национальный технический университет, Донецк, ДНР.

Таскаев Сергей Валерьевич, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры физики конденсированного состояния, Челябинский государственный университет, Челябинск, Россия; старший научный сотрудник инновационного отдела управления научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), Челябинск, Россия; e-mail: tsv@сsu.ru.

Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 2020. Vol. 5, iss. 4, part 2. P. 569-579.

DOI: 10.47475/2500-0101-2020-15416

INVERSE MAGNETOCALORIC EFFECT IN THE MnNi1-xFexGe SYSTEM

A.P. Sivachenko1", I.F. Gribanov1, A.V. Golovchan1b, 1, T.S. Sivachenko1, A.V. Mashirov2c, V.I. Mitsiuk3 d, E.P. Andreychenko4, S.V. Taskaev56e

1 Donetsk Institute for Physics and Engineering named after A.A. Calkin, Donetsk, DPR 2Kotelnikov Institute of Radio-Engineering and Electronics of RAS, Moscow, Russia 3Scientific-Practical Materials Research Center of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, BeJarus

4 Donetsk National Technical University, Donetsk, DPR

5 Chelyabinsk State University, Chelyabinsk, Russia

6South Ural State University (National Research University), Chelyabinsk, Russia "aleksandr.sivachenko@gmail.com, bgolovchan@gmail.com, ca.v.mashirov@mail.ru, dmitsiuk@ifttp.bas-net.by, etsv@csu.ru

The purpose of this work is to refine the experimental study of the magnetocaloric effect in MnNii-xFexGe single crystals. Single crystals of MnNi0.75Fe0.25Ge, MnNio.sFeo.2 Ge, MnNi0.gFe0.1Ge were grown by the Bridgman method, and their magnetic and magnetocaloric properties were studied. It is shown that the magnitude of the inverse MCE strongly depends on the orientation of the single crystal. It is shown that in strong magnetic fields the inverse magnetocaloric effect on the AF-FM transition changes the sign with an increase in the magnetic field above 3 T.

Keywords: magnetocaloric effect, half-Heusler alloys.

References

1. BazelaW., SzytulaA., TodorovicJ., TomkowiczZ., ZiebaA. Crystal and Magnetic Structure of NiMnGe. Physica Status Solidi (a), 1976, vol. 88, pp. 721-729.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Fjellvag H., AndresenA.A.F. On the crystal structure and magnetic properties of MnNiGe. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1985, vol. 50, pp. 291-297.

3. LiuE., WangW., FengL., ZhuW., LiG., Chen J., Zhang H., WuG., Jiang C., Xu H., de Boer F. Stable magnetostructural coupling with tunable magnetoresponsive effects in hexagonal ferromagnets. Nature Communications, 2012, vol. 3, p. 873.

4. Cheng-Liang Z., Dun-HuiW., JianC., Ting-ZhiW., Guang-XiX., ChunZ. Magnetic phase transitions and magnetocaloric effect in the Fe-doped MnNiGe alloys. Chinese Physics B, 2011, vol. 20, p. 097501.

5. von Ranke P.J., de Oliveira N.A., AlhoB.P., Plaza E.J.R., de Sousa V.S.R., CaronL., ReisM.S. Understanding the inverse magnetocaloric effect in antiferro-and ferrimagnetic arrangements. Journal pf Physics: Condensed Matter, 2009, vol. 21, p. 056004.

6. Yu S.Y., Liu Z.H., Liu G.D., ChenJ.L., Cao Z.X., Wu G.H., Zhang B., Zhang X.X. Large magnetoresistance in single-crystalline Ni50Mn50-xInx alloys (x=14-16) upon martensitic transformation.Applied Physics Letters, 2006, vol. 89, p. 162503.

Accepted article received 17.09.2020. Corrections received 31.10.2020.

K.A. Korolev1, V.I. Kamenev

The study was supported by a grant of the Russian Science Foundation, project no. 18-42-06201.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.