Учеными физического факультета (кафедра общей физики; кафедра общей физики и физики конденсированного состояния и кафедра физики низких температур и сверхпроводимости) в сотрудничестве с коллегами из университета Хиросаки (Япония) и университета Уорик (Великобритания) исследованы особенности магнитокалорического эффекта в сплавах на основе Fe-Rh в области фазового перехода антиферромагнетизм–ферромагнетизм и представлена теоретическая модель, описывающая эти особенности.
Магнитокалорический эффект (МКЭ) проявляется в адиабатическом изменении температуры ΔT и изотермическом изменении энтропии ΔSM магнитного материала при изменении величины внешнего магнитного поля. Материалы, обладающие высокими значениями МКЭ, являются перспективными для применения в технологии магнитного охлаждения и медицине. Помимо потенциала практического применения магнитокалорических материалов измерение МКЭ интересно с фундаментальной точки зрения для исследования механизма магнитных фазовых переходов.
Из известных на сегодняшний день материалов наибольшая величина ΔT достигается в сплавах Fe-Rh (в составах, близких к эквиатомным: 50-50) в области магнитного фазового перехода первого рода антиферромагнетизм (АФМ) – ферромагнетизм (ФМ). Если использование сплавов в магнитных холодильниках ограничивается высокой стоимостью родия, то для медицинских применений сплавы на основе Fe-Rh являются перспективными в виду того, что фазовый переход в них происходит при температурах, близких к температуре человеческого тела, и может регулироваться с хорошей точностью путем легирования сплава платиной или палладием.
Учеными Физического факультета совместно с коллегами из университета Хиросаки (Япония) и университета Уорик (Великобритания) экспериментально показано влияние незначительных дефектов в кристаллической структуре сплава Fe-Rh (ОЦК) на поведение МКЭ и температуру фазового перехода АФМ – ФМ. В результате многократных воспроизводимых прямых измерений МКЭ в динамическом режиме при непрерывном изменении магнитного поля был впервые обнаружен эффект «невозвращения» конечной температуры сплава к начальной после полного цикла изменения внешнего магнитного поля. Теоретическое обоснование экспериментальных результатов удалось получить при использовании модели, в которой часть атомов родия (~1 %) замещается атомами железа и наоборот. Используемая модель подразумевает сильное влияние степени замещения на величину МКЭ, а также температуру фазового перехода в сплаве FeRh. В результате экспериментов обнаружено двукратное уменьшение величины МКЭ в сплавах на основе Fe-Rh во втором и последующем циклах изменения магнитного поля. Обнаруженные особенности могут сказываться на технологическом использовании данных сплавов и требуют дальнейшего детального исследования.
Результаты работы опубликованы в статье: V. I. Zverev, A. M. Saletsky, R. R. Gimaev, A. M. Tishin, T. Miyanaga, and J. B. Staunton, “Influence of structural defects on the magnetocaloric effect in the vicinity of the first order magnetic transition in Fe50.4Rh49.6,” Applied Physics Letters, 108(19); 192405 (2016).
