Ученые из России, Великобритании и Японии провели исследование, показавшее, что малейшие структурные нарушения в материале могут привести к существенному изменению величины магнитокалорического эффекта в сплавах «железо-родий». Статья с результатами исследования опубликована в журнале Applied Physics Letters.
Магнитокалорический эффект (МКЭ) проявляется в охлаждении или нагревании материала, обладающего магнитными свойствами, при изменении внешнего магнитного поля. Измерение МКЭ применяется как один из методов исследования магнитных фазовых переходов в различных материалах. Кроме того, магнитокалорические материалы успешно используются для получения сверхнизких температур, а также имеют хорошие перспективы в производстве тепловых машин, холодильных установок.
В новом исследовании физики выяснили, что малейшие нарушения кристаллической структуры сплавов оказывают существенное влияние на проявление МКЭ. Объектом послужил сплав железа и родия. Идеальной кристаллической структурой для получения максимальных значений МКЭ в нем считается объемно-центрированная кубическая (ОЦК) решетка, элементарная ячейка которой представляет собой набор атомов железа, расположенных на вершинах куба и атомы родия в его центре.
Такая структура в «железо-родиевых» сплавах образуется только в случае состава с примерно равным содержанием атомов железа и родия. Чтобы обеспечить образцам такую структуру ОЦК, их подвергали 48-часовому отжигу в печи при температуре 1000 градусов Цельсия. Тем не менее, проведенные измерения и используемая теоретическая модель показали, что в ОЦК структуре исследованного сплава присутствовали дефекты, в виде замещения некоторых атомов (примерно 2%) железа атомами родия и наоборот.
В результате работы ученые показали, что даже такие незначительные отхождения от идеальной структуры ОЦК существенно меняют поведение магнитокалорического эффекта: примерно в два раза снижается величина изменения температуры образца и смещается температура фазового перехода. Учеными также был обнаружен эффект «невозвращения» конечной температуры сплава к начальной после полного цикла изменения внешнего магнитного поля.
По мнению одного из авторов исследования Радэля Гимаева, проведенная исследователями работа поможет повысить эффективность практических разработок с использованием магнитокалорического эффекта — это касается и необходимости доведения материалов до структурного идеала, и учета обнаруженного ими эффекта невозвращения. Также подобные исследования выявляют ранее неизвестные особенности фазового перехода первого рода в данном семействе сплавов и тем самым углубляют понимание причин гигантского МКЭ.
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
