MnCoGe磁相变材料中自旋-晶格耦合的中子散射研究
批准号:
52101236
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
任清勇
依托单位:
学科分类:
金属功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
任清勇
中文摘要
MnCoGe基合金化合物是一种多功能磁相变材料,具有磁卡、压卡、磁致伸缩、负热膨胀等物理效应。这些通过外场驱动的物理效应与材料复杂的一级磁相变相关。本项目拟针对该材料体系中存在的三个问题——各种相关磁效应的弱磁场响应能力、复杂磁结构之间相互转换的主导因素、以及晶格熵与磁熵在磁卡效应中的贡献比例,对其展开一级磁相变相关微观机理的研究。本项目将从价电子浓度、温度和磁场对磁性性能、晶体结构和磁结构的调控入手,结合声子与磁振子的中子散射测量,从微观层面深入探究自旋-晶格之间的耦合行为,系统分析一级磁相变与各种磁性物理效应之间的内在联系,从而揭示各种相关效应的微观起源及其弱磁场响应能力的原因;同时通过分析声子与磁振子态密度,直接评估晶格熵与磁熵在热卡效应中的贡献。本项目的实施将为一级磁相变材料中各种相关磁效应性能的优化提供实验方面的指导,也为建立自旋-晶格耦合的理论模型提供可参照的对象。
英文摘要
MnCoGe-based compounds are a group of multifunctional magnetic materials, which can be used for magnetocaloric effect, barocaloric effect, magnetostriction and negative thermal expansion. These physical effects driven by external fields stem from the complex magnetic structure and magneto-structural coupling. However, the dominant factors for the conversion between complex magnetic structures are not well understood, the weak response of the magnetic phase transition to external magnetic field limited its practical application, and the exact magnetic and lattice contribution to the total entropy change is also not clear. In this project, we will try to tune the magnetic properties, crystal and magnetic structures by varying the valence electron concentration, temperature or magnetic field. In addition, inelastic neutron scattering technique will be used to study the variation of phonon and magnon across the magnetic phase transition. All these information will be used to analyze the spin-lattice coupling behavior, underlying reason for the weak response capability of magnetic effects to external magnetic field, as well as the correlations between magnetic-structural phase transition and magnetic effects. In addition, the contribution of lattice entropy and magnetic entropy will be directly evaluated from the measurements of phonon and magnon density of states. The implementation of this project will provide useful guides to tune and/or enhance the magnetic-related physical effects, and also provide experimental reference for the theoretical study of spin-lattice coupling.
通过外场驱动相变来完成等温熵变或绝热温变是一类重要的固态相变制冷技术,包括有磁卡效应、弹卡效应、压卡效应和电卡效应等。固态相变制冷技术具有零温室气体排放、能量转换效率高、环境友好等优势,是制冷领域的研究热点。发展大熵变、低驱动压力和低滞后损耗的相变材料是固态相变制冷领域的主要研究内容,其核心科学问题是理解晶格与其它自由度之间的耦合作用机制。本项目使用中子衍射与非弹性中子散射技术,结合相变行为调控以及多场耦合原位表征,对MnCoGe基和NiMnIn基磁性合金化合物以及NH4I塑晶态材料中的磁结构相变和塑晶态相变进行了深入研究。.通过声子态密度和磁振子态密度随温度演化的趋势,本项目揭示出MnCoGe体系中存在明显的自旋晶格耦合效应。然而,磁结构相变过程中的晶体结构失配为磁场驱动相变带来了很大阻力,从而导致该系列化合物中相变的弱磁场响应能力。进一步研究发现,相变温度区间和热历史都会对该系列化合物中相变的晶体结构失配度产生影响,从而影响滞后损耗和相变驱动场的大小。在NiMnIn化合物中,掺杂与物性调控、宏观磁性测量和原位晶体结构表征等研究结果指出Ga和Cu的共掺杂可以有效调控该化合物中晶格非谐性与自旋极化电子态密度,从而影响磁结构相变过程中的晶格热膨胀、晶胞体积变化以及磁化率变化等重要物理参数,增加晶格熵的正贡献并减小磁熵的负贡献,从而实现大的相变总熵变。在NH4I化合物中,本项目揭示出一个重要的[NH4]四面体分子取向旋转与晶格骨架振动之间的耦合,且晶格非谐性可以调控这种亚晶格之间的耦合效应并诱发塑晶态有序-无序相变,从而产生低驱动场、大构型熵变的压卡制冷效应。.通过这些研究内容与结果,本项目为磁结构相变中的自旋晶格耦合作用和晶格失配以及塑晶态相变中亚晶格耦合作用建立了较为全面的物理认知,为研制大熵变、低驱动场、小滞后损耗的相变制冷材料提供了新的思路与研究方向。
MnCoGe磁相变材料中自旋-晶格耦合的中子散射研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:任清勇
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依托单位:
国内基金
海外基金