Выявлены различия в механизмах возникновения ферромагнитной фазы в соединениях FeRh при различных внешних воздействиях

Ученые из МГУ совместно с коллегами из УРФУ выявили различия в процессах магнитного фазового перехода, индуцируемого нагревом от индуцируемого внешним магнитным полем. В качестве объекта исследования была выбрана тонкая пленка сплава FeRh. В качестве простого примера фазового перехода первого рода можно рассмотреть процесс кристаллизации воды. При охлаждении в воде образуются небольшие кристаллиты – лед. В бинарных FeRh существует похожий фазовый переход, только это соединение меняет не агрегатное состояние, а тип упорядочения магнитных моментов на ионах в кристаллической решетке.

До сих пор остается ряд нерешенных вопросов, которые возникают при детальном изучении этого явления. Однако, авторам недавнего исследования удалось выявить ряд особенностей, которые возникают при индуцировании фазового перехода за счет включения внешнего магнитного поля. Раньше считалось, что нагрев соединений, которые обладают магнитным фазовым переходом, или помещение их во внешнее магнитное поле являются эквивалентными механизмами, приводящими к изменению типа магнитного упорядочения в кристалле. В обсуждаемой работе авторы исследования продемонстрировали, что наличие магнитострикции (изменение линейных размеров кристаллической решетки в присутствии внешнего магнитного поля) и доменной структуры материала являются факторами, которые обуславливают возникновение нелинейных процессов роста ферромагнитной фазы в малых магнитных полях.

Для решения поставленной задачи была проведена экспериментальная работа с использованием различных измерительных методик. Выявить различия в механизмах возникновения ферромагнитной фазы удалось за счет сравнения результатов измерения намагниченности и сопротивления, которые были получены с использованием одинаковых протоколов измерений. Дальнейшие экспериментальные исследования планируется проводить с использованием синхротронных источников нового поколения, строительство которых реализуется в настоящее время в рамках Мегасайнс проектов. Ожидается, что полученные результаты станут частью фундамента для создания обобщенной феноменологической теории подобных фазовых переходов.

Проведенные исследования имеют интерес не только с фундаментальной точки зрения, но и с прикладной. Соединения с подобным фазовым переходом могут быть использованы в твердотельных охлаждающих системах. Используемая в настоящее время газокомпрессионная технология охлаждения имеет ряд недостатков: является менее энергоэффективной, экологичной и долговечной по сравнению с предлагаемой твердотельной технологией, которая основана на использовании скрытой теплоты, возникающей в процессе магнитного фазового перехода. Таким образом, исследования проводимые в этой области способствуют технологическому развитию новых отраслей.

Исследования выполнены при финансировании Министерства образования и науки, грант №075-15-2021-1353

Aleksei S. Komlev, Rodion A. Makarin, Viktoria E. Maltseva, Vladimir I. Zverev, Alexey S. Volegov and Nikolai S. Perov Magnetoresistance features at the magnetic field-induced phase transition in the FeRh thin films J. Math. Fund. Sci., 2023 (in press)

Команда Медиацентра факультета