Магнитные и магнитокалорические свойства высокоэнтропийного сплава GdTbDyHoEr в объемном и быстрозакаленном состояниях

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Высокоэнтропийный магнитный сплав GdTbDyHoEr в объемном состоянии был получен методом индукционной плавки и в виде лент методом быстрой закалки из расплава. Проанализированы особенности структуры, магнитных и магнитокалорических свойств данных материалов. Оба состояния сплава характеризуются наличием гексагональной структуры. Изменение магнитной части энтропии DSM было определено по данным измерений магнитных изотерм на основе соотношения Максвелла. Максимальная величина DSM наблюдается при температуре 175 K и для амплитуды изменения магнитного поля 2 Tл составляет примерно 1.8 и 2.6 Дж/кг×К для объемного и быстрозакаленного состояний сплава, соответственно. С учетом полученных параметров магнитокалорического эффекта данные материалы можно считать перспективными для приложений в устройствах магнитного охлаждения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Свалов

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Д. С. Незнахин

Уральский федеральный университет

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. В. Архипов

Уральский федеральный университет

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

С. В. Андреев

Уральский федеральный университет

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. С. Русалина

Уральский федеральный университет

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

А. И. Медведев

Институт электрофизики УрО РАН

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

И. В. Бекетов

Уральский федеральный университет; Институт электрофизики УрО РАН

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

А. А. Пасынкова

Уральский федеральный университет; Институт физики металлов УрО РАН

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Г. В. Курляндская

Уральский федеральный университет

Email: andrey.svalov@urfu.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Tishin A.M., Spichkin Y.I. The Magnetocaloric Effect and Its Applications. Series in Condensed Matter Physics. Institute of Physics Publishing, 2003.
  2. Соколовский В.В., Мирошкина О.Н., Бучельников В.Д., Марченков В.В. Магнитокалорический эффект в металлах и сплавах // ФММ. 2022. Т. 123. № 4. С. 339–343.
  3. Кашин С.Н., Коплак О.В., Валеев Р.А., Пискорский В.П., Бурканов М.В., Моргунов Р.Б. Влияние механической деформации на магнитные свойства и магнитокалорический эффект в пленках Gd // ФТТ. 2023. Т. 65. Вып. 5. С. 782–789.
  4. Соколовский В.В., Загребин М.А., Бучельников В.Д., Марченков В.В. Современные магнитокалорические материалы: существующие проблемы и перспективы исследований // ФММ. 2023. Т. 124. № 11. С. 1019–1024.
  5. Панкратов Н.Ю., Терешинa И.С., Никитин С.А. Магнитокалорический эффект в редкозем ельных магнетиках // ФММ. 2023. Т. 124. № 11. С. 1093–1101.
  6. Taskaev S., Skokov K., Khovaylo V., Ulyanov M., Bataev D., Karpenkov D., Radulov I., Dyakonov A., Gutfleisch O. Magnetocaloric effect in cold rolled foils of Gd100-xInx (x = 0, 1, 3) // J. Magn. Magn. Mater. 2018. V. 459. P. 46–48.
  7. Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // ФММ. 2020. Т. 121. № 8. С. 807–841.
  8. Yuan Y., Wu Y., Tong X., Zhang H., Wang H., Liu X.J., Ma L., Suo H.L., Lu Z.P. Rare-earth high-entropy alloys with giant magnetocaloric effect // Acta Mater. 2017. V. 125. P. 481–489.
  9. Андреенко А.С., Белов К.П., Никитин С.А., Тишин А.М. Магнитокалорические эффекты в редкоземельных магнетиках // УФН. 1989. Т. 158. Вып. 4. С. 553–579.
  10. Gimaev R.R., Zverev V.I., Mello V.D. Magnetic properties of single-crystalline terbium and holmium — Experiment and modeling // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 505. P. 166781.
  11. Zverev V.I., Gimaev R.R., Komlev A.S., Kovalev B.B., Queiroz F.G., Mello V.D. Magnetic properties of dysprosium — Experiment and modeling // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 524. P. 167593.
  12. Uporov S.A., Estemirova S.Kh., Sterkhov E.V., Balyakin I.A., Rempel A.A. Magnetocaloric effect in ScGdTbDyHo high-entropy alloy: Impact of synthesis route // Intermetallics. 2022. V. 151. P. 107678.
  13. Uporov S.A., Sterkhov E.V., Balyakin I.A., Bykov V.A., Sipatov I.S., Rempel A.A. Synthesis and magnetic properties of some monotectic composites containing ultra-dispersed particles of YGdTbDyHo high-entropy alloy // Intermetallics. 2024. V. 165. P. 108121.
  14. Wang L., Lu Z., Guo H., Wu Y., Zhang Y., Zhao R., Jiang S., Liu X., Wang H., Fu Z., Zhao J., Ma D., Lu Z. Multi-principal rare-earth Gd-Tb-Dy-Ho-Er alloys with high magnetocaloric performance near room temperature // J. Alloys Compd. 2023. V. 960. P. 170901.
  15. Kuz’min M.D. Factors limiting the operation frequency of magnetic refrigerators // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 251916.
  16. Taskaev S.V., Buchelnikov V.D., Pellenen A.P., Kuz’min M.D., Skokov K.P., Karpenkov D.Yu., Bataev D.S., Gutfleisch O. Influence of thermal treatment on magnetocaloric properties of Gd cold rolled ribbons // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 17A933.
  17. Kitanovski A. Energy applications of magnetocaloric materials // Adv. Energy Mater. 2020. V. 10. P. 1903741.
  18. Шишкин Д.А., Волегов А.С., Андреев С.В., Баранов Н.В. Магнитное состояние и магнитотепловые свойства быстрозакаленных сплавов Gd75M25 (M = Co, Ni) // ФММ. 2012. Т. 113. № 5. С. 485–491.
  19. Svalov A.V., Andreev S.V., Larrañaga A., Orue I., Kurlyandskaya G.V. Rapidly quenched non-strained nanocrystalline Gd ribbons: Structural features and magnetic properties // J. Magn. Magn. Mater. 2019. V. 490. P. 165529.
  20. Zvonov A.I., Pankratov N.Yu., Karpenkov D.Yu., Smarzhevskaya A.I., Karpenkov A.Yu., Nikitin S.A. The change of crystallite sizes and magnetocaloric effect in rapidly quenched dysprosium // Phys. Status Solidi C. 2014. V. 11. № 5–6. P. 1149–1154.
  21. Curzon A.E., Chlebek H.G. The observation of face centred cubic Gd, Tb, Dy, Ho, Er and Tm in the form of thin films and their oxidation // J. Phys. F: Metal Phys. 1973. V. 3. P. 1–5.
  22. Никитин С.А. Магнитные свойства редкоземельных металлов и их сплавов. М.: Изд-во МГУ, 1989. 247 с.
  23. Gimaev R.R., Komlev A.S., Davydov A.S., Kovalev B.B., Zverev V.I. Magnetic and electronic properties of heavy lanthanides (Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm) // Crystals. 2021. V. 11. Р. 82.
  24. Zhu W.H., Ma L., He M.F., Lu S.F., Li Z.K., Rao G.H., Li L., Li X.M., Yin C.Q. Magnetic properties and magnetocaloric effect of GdTbHoEr-based high-entropy alloy ribbons // J. Mater. Sci: Mater. Electron. 2022. V. 33. P. 25930–25938.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограмма сплава GdTbDyHoEr в объемном (1) и быстрозакаленном состоянии (2). Красными квадратами обозначены наиболее интенсивные линии неустановленной фазы.

Скачать (17KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости магнитного момента от температуры сплава GdTbDyHoEr в объемном (1) и быстрозакаленном состояниях (2), измеренные при охлаждении образца в поле m0H = 0.01 Tл. На вставке более подробно показаны зависимости M(T) вблизи температуры магнитного фазового перехода “парамагнетик–геликоидальный антиферромагнетик”.

Скачать (20KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые намагничивания для объемного сплава GdTbDyHoEr, измеренные при разных температурах (а). Вид тех же кривых намагничивания в области относительно малых магнитных полей (б).

Скачать (38KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые намагничивания для сплава GdTbDyHoEr в быстрозакаленном состоянии, измеренные при разных температурах.

Скачать (21KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кривые намагничивания для сплава GdTbDyHoEr в объемном и быстрозакаленном состояниях, измеренные при T = 150 K. На вставке показан способ определения Hcr.

Скачать (21KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Температурная зависимость изменения магнитной части энтропии объемного сплава GdTbDyHoEr.

Скачать (25KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Температурная зависимость изменения магнитной части энтропии сплава GdTbDyHoEr в быстрозакаленном состоянии.

Скачать (26KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Полевые зависимости изменения магнитной части энтропии и хладоемкости сплава GdTbDyHoEr в объемном и быстрозакаленном состояниях.

Скачать (18KB)
Метаданные