Коллапс обратного магнитокалорического эффекта в сплаве ni47mn40sn13 в циклических магнитных полях

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Приведены результаты прямых измерений адиабатического изменения температуры (DTaд) в сплаве Ni47Mn40Sn13 в циклических магнитных полях методом модуляции магнитного поля. На температурной зависимости МКЭ обнаружен прямой (DTaд>0) и обратный (DTaд <0) МКЭ. Величина обратного эффекта в циклическом магнитном поле зависит от скорости температурного сканирования. Увеличение частоты циклического магнитного поля от 1 до 30 Гц в поле с индукцией 1.2 Тл приводит к уменьшению величины прямого эффекта более чем в 2 раза. В циклическом магнитном поле с индукцией 1.2 Тл при частотах f ≥ 1 Гц наблюдается полное исчезновение — “коллапс” обратного магнитокалорического эффекта, при этом величина DТад при разовом включении магнитного поля равна −0.49 К. Зависимость величины обратного эффекта от скорости температурного сканирования наряду с сильной частотной зависимостью является как следствием проявления необратимости магнитоструктурного фазового перехода из-за гистерезиса, так и наличием фазовых неоднородностей, которые влияют на кинетику фазового перехода.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Г. Гамзатов

Институт физики им. Х.И. Амирханова ДФИЦ РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: gamzatov_adler@mail.ru
Россия, Махачкала

А. Б. Батдалов

Институт физики им. Х.И. Амирханова ДФИЦ РАН

Email: gamzatov_adler@mail.ru
Россия, Махачкала

А. М. Алиев

Институт физики им. Х.И. Амирханова ДФИЦ РАН

Email: gamzatov_adler@mail.ru
Россия, Махачкала

Список литературы

  1. Krenke T., Duman E., Acet M., Wassermann E.F., Moya X., Mañosa L. & Planes A. Inverse magnetocaloric effect in ferromagnetic Ni–Mn–Sn alloys // Nature Mater. 2005. V. 4. P. 450–454.
  2. Liu J., Gottschall T., Skokov K.P., Moore J.D. & Gutfleisch O. Giant magnetocaloric effect driven by structural transitions // Nature Mater. 2012. V. 11. P. 620–626.
  3. Соколовский В.В., Мирошкина О.Н., Бучельников В.Д., Марченков В.В. Магнитокалорический эффект в металлах и сплавах // ФММ. 2022. T. 123. № 4. С. 339–343.
  4. Khovaylo V.V., Skokov K.P., Gutfleisch O., Miki H., Kainuma R., Kanomata T. Reversibility and irreversibility of magnetocaloric effect in a metamagnetic shape memory alloy under cyclic action of a magnetic field // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 052503.
  5. Law J.Y., Moreno-Ramírez L.M., Díaz-García Á., Franco V. Current perspective in magnetocaloric materials research // J. Appl. Phys. 2023. V. 133. P. 040903.
  6. Gamzatov A.G., Aliev A.M., Varzanah A.G., Kameli P., Sarsari I.A., and Yu S.C. Inverse-direct magnetocaloric effect crossover in Ni47Mn40Sn12.5Cu0.5 Heusler alloy in cyclic magnetic fields // Appl. Phys. Lett. 2018. V 113. P. 172406.
  7. Varzaneh A.Gh., Kameli P., Sarsari I.A., Zavareh M.G., Mejia C.S., Amiri T., Skourski Y., Luo J.L., Etsell T.H., Chernenko V.A. Magnetic and magnetocaloric properties of Ni47Mn40Sn13−xZnx alloys: Direct measurements and first-principles calculations // Phys. Rev. B. 2020. V. 101. P. 134403.
  8. Kitanovski A. Energy applications of magnetocaloric materials // Adv. Energy Mater. 2020. V. 10. P. 1903741.
  9. Zhong Z., Ma S., Wang D., Du Y. A Review on the Regulation of Magnetic Transitions and the Related Magnetocaloric Properties in Ni–Mn–Co–Sn Alloys // J. Mater. Sci. Technol. 2012. V. 28. P. 193–199.
  10. Gottschall T., Skokov K.P., Scheibel F., Acet M., Zavareh M. Ghorbani, Skourski Y., Wosnitza J., Farle M., and Gutfleisch O. Dynamical Effects of the Martensitic Transition in Magnetocaloric Heusler Alloys from Direct ΔTad Measurements under Different Magnetic-Field-Sweep Rates // Phys. Rev. Applied. 2016. V. 5. P. 024013.
  11. Aliev A.M., Gamzatov A.G. Magnetocaloric effect in manganites in alternating magnetic fields // J. Magn. Magn. Mater. 2022. V. 553. P. 169300.
  12. Zheng Z.G., Chen X.L., Liu J.Y., Wang H.Y., Da S., Qiu Z.G., Zeng D.C. Dynamical response of Gadolinium in alternating magnetic fields up to 9 Hz // International Journal of Refrigeration. 2023. V. 146. P. 100–107.
  13. Yusuke Hirayama, Ryo Iguchi, Xue-Fei Miao, Kazuhiro Hono, Ken-ichi Uchida. High-throughput direct measurement of magnetocaloric effect based on lock-in thermography technique // Appl. Phys. Lett. 2017. V. 111. P. 163901.
  14. Abdulkadirova N.Z., Gamzatov A.G., Kamilov K.I., Kadirbardeev A.T., Aliev A.M., Popov Y.F., Vorob'ev G.P., Gebara P. Magnetostriction and magnetocaloric properties of LaFe11.1Mn0.1Co0.7Si1.1 alloy: Direct and indirect measurements // J. Alloy. Compd. 2022. V. 929. P. 167348.
  15. Aliev А.M., Gamzatov A.G., Abdulkadirova N.Z., Gebara P. Magnetocaloric properties of La0.9Pr0.1Fe11.2Co0.7Si1.1 compound through direct measurements under cyclic magnetic fields up to 30 Hz // International J. Refrigeration. 2023. V. 151. P. 146–151.
  16. Qiao K., Wang J., Zuo S., Zhou H., Hao J., Liu Y., Hu F., Zhang H., Gamzatov A.G., Aliev A., Zhang C., Li J., Yu Z., Gao Y., Shen F., Ye R., Long Y., Bai X., Wang J., Sun J., Huang R., Zhao T., Shen B. Enhanced Performance of ΔTad upon Frequent Alternating Magnetic Fields in FeRh Alloys by Introducing Second Phases // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. P. 18293–18301.
  17. Gamzatov A.G., Batdalov A.B., Khizriev Sh.K., Aliev A.M., Varzaneh A.G., Kameli P. High frequency dependence of the magnetocaloric effect in the Ni47Mn40Sn13 alloy: direct measurement // J. Mater. Sci. 2023. V. 58. P. 8503–8514.
  18. Gamzatov A.G., Batdalov A.B., Khizriev Sh.K., Aliev A.M., Varzaneh A.G., Kameli P. The nature of the frequency dependence of the adiabatic temperature change in Ni50Mn28Ga22-x (Cu, Zn)x Heusler alloys in cyclic magnetic fields // J. Alloy. Compd. 2023. V. 965. P. 171451.
  19. Lovell E., Pereira A.M., Caplin A.D., Lyubina J., Cohen L.F. Dynamics of the first‐order metamagnetic transition in magnetocaloric La (Fe, Si) 13: Reducing hysteresis // Adv. Energ. Mater. 2015. V. 5(6). P. 1401639.
  20. Costa R.M., Lovell E., Almeida R., Pinto R.M.C., Cohen L.F., Pereira A.M., Araujo J.P., Belo J.H. Landau theory-based relaxational modelling of first-order magnetic transition dynamics in magnetocaloric materials // J. Phys. D: Appl. Phys. 2023. V. 56. P. 155001.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (a) Температурная зависимость намагниченности Ni47Mn40Sn13 в магнитном поле с индукцией 20 мTл (на графике заменить FCC и FCH на охлаждение и нагрев; (б) температурная зависимость DТад в циклическом магнитном поле с индукцией 1.8 Тл в режимах нагрева и охлаждения при различных скоростях изменения температуры образца. Сплошные кружки — значения DТад при разовом включении магнитного поля 1.8 Тл в режиме нагрева.

Скачать (33KB)
Метаданные
3. Рис. 2. (a) Временная зависимость DTад в циклическом магнитном поле с индукцией 1.8 Тл (f=0.2 Гц) при Т=213 К; (б) температурная зависимость DTад в циклическом магнитном поле с индукцией 1.2 Тл при разных частотах циклического магнитного поля 1, 5, 20 и 30 Гц. Открытые кружки — значения DTад при разовом включении магнитного поля 1.2 Тл.

Скачать (43KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость максимума прямого и обратного эффектов от скорости развертки магнитного поля.

Скачать (15KB)
Метаданные