Seminaria

Dnia 2023.10.24 o godzinie 13.15, w Sali 2011 Wydziału Fizyki UwB, mgr Yaroslav Konopelnyk
z Oddziału Fizyki Magnetyzmu, IFPAN, Warszaw wygłosi wykład pt.:

WPŁYW CIŚNIENIA HYDROSTATYCZNEGO I CHEMICZNEGO ORAZ POLA MAGNETYCZNEGO NA ZJAWISKA KALORYCZNE W CZYSTYCH I DOMIESZKOWANYCH MONOKRYSZTAŁACH Fe7Se8

Serdecznie zapraszamy

Andrzej Maziewski

Jerzy Przeszowski

WPŁYW CIŚNIENIA HYDROSTATYCZNEGO I CHEMICZNEGO ORAZ POLA MAGNETYCZNEGO NA ZJAWISKA KALORYCZNE W CZYSTYCH I DOMIESZKOWANYCH MONOKRYSZTAŁACH Fe7Se8
mgr Yaroslav Konopelnyk
Oddział Fizyki Magnetyzmu, IFPAN, Warszawa

Prezentacja poświęcona jest badaniom właściwości magnetycznych i efektu magnetokalorycznego (MCE) oraz barokalorycznego (BCE) w czystych i domieszkowanych monokryształach Fe7Se8 (typu 3c). Innowacyjne rozwiązania chłodnicze, które nie opierają się na czynnikach szkodliwych dla środowiska i które mogą oferować większą efektywność energetyczną niż tradycyjne sprężanie gazu, są ciągle poszukiwane. Z tego powodu chłodzenie magnetokaloryczne przyciąga uwagę badaczy z zakresu nauk materiałoznawczych i podstawowych, a także zastosowań praktycznych. Głównym celem badań było określenie i zrozumienie wpływu zastąpienia żelaza niklem i kobaltem na strukturę, właściwości magnetyczne i magnetokaloryczne monokryształów Fe7-xNixSe8 i Fe7-xCoxSe8 (o heksagonalnej strukturze NiAs) oraz porównanie tego efektu z wpływem ciśnienia hydrostatycznego. W celu sprawdzenia mechanizmów odpowiedzialnych za obserwowane efekty podjęto próbę określenia korelacji pomiędzy MCE a magnetostrykcją. Pomiary prowadzono w polu magnetycznym do 10 T w zakresie temperatur od 2 do 490 K.
W prezentacji będzie przedstawiona analiza wpływu domieszkowania jonami Co i Ni na strukturę kryształu, przemiany fazowe i właściwości magnetyczne układu Fe7Se8 dla składów: (Fe0,987Ni0,013)7Se8, (Fe0,955Ni0,045)7Se8, (Fe0,915Ni 0,085)7Se8, (Fe0,89Ni0,11)7Se8, (Fe0,79Ni0,21)7Se8, (Fe 0,975Co 0,025)7Se8, (Fe 0,951Co 0,049)7Se8 i (Fe 0,91Co 0,09)7Se8 i materiału macierzystego Fe7Se8. Ponieważ promienie jonów domieszkujących są mniejsze niż promienie jonów Fe2+ (określających podstawowe właściwości magnetyczne monokryształów Fe7Se8), efekt podstawienia powoduje systematyczne zmniejszanie objętości komórki elementarnej, wpływa na podsystem magnetyczny i na temperaturę uporządkowania magnetycznego TC oraz temperaturę reorientacji spinów (TSRT). Najważniejszym rezultatem jest wykazanie istnienia istotnej korelacji pomiędzy ciśnieniem hydrostatycznym i chemicznym w badanych układach. Określono charakter magnetycznych przejść fazowych w pobliżu TC i TSRT oraz wyznaczono wartości zmiany entropii magnetycznej (ΔSm) i potencjału chłodniczego dla tego zakresu temperatur. Wykazano znaczną zależność tych parametrów od ciśnienia chemicznego i hydrostatycznego. Stwierdzono, że systematyczna zmiana stałych komórki elementarnej, wywołana zewnętrznym polem magnetycznym, jest silnie skorelowana ze zmianą TSRT i zmianą entropii magnetycznej. Dane te sugerują, że związek między magnetostrykcją a MCE, sygnalizowany wcześniej dla różnych materiałów, ma charakter uniwersalny, a magnetostrykcję można wykorzystać do przewidywania ΔSm w monokryształach Fe7Se8 domieszkowanych metalami przejściowymi. Na podstawie wyników eksperymentów opracowano model fenomenologiczny i wykazano, że ciśnienie hydrostatyczne, stosunek ilości jonów Fe2+ i Fe3+ oraz pole krystaliczne działające na jony Fe2+ mają istotny wpływ na właściwości magnetyczne układu.

1. I. Radelytskyi, P. Aleshkevych, D. J. Gawryluk, M. Berkowski, T. Zajarniuk, A. Szewczyk, M. Gutowska, L. Hawelek, P. Wlodarczyk, J. Fink-Finowicki, R. Minikayev, R. Diduszko, Y. Konopelnyk, M. Kozłowski, R. Puźniak, H. Szymczak, Structural, magnetic, and magnetocaloric properties of Fe7Se8 single crystals, J. Appl. Phys. 124, 143902 (2018). DOI:10.1063/1.5042344
2. Y. Konopelnyk, I. Radelytskyi, P. Iwanowski, D. J. Gawryluk, M. Berkowski, R. Diduszko, J. Fink Finowicki, H. Szymczak, and R. Puźniak, Combined pressure and magnetic-field induced caloric effects in Fe7Se8 single crystals, J. Magn. Magn. Mater. 543, 168626 (2022). DOI:10.1016/j.jmmm.2021.168626
3. Y. Konopelnyk, P. Iwanowski, R. Diduszko, T. Zajarniuk, J. Fink Finowicki, I. Radelytskyi, A. Szewczyk, H. Szymczak, M. Pękala and R. Puźniak, Combined pressure and magnetic field induced caloric effects in Fe7Se8 single crystals doped with Ni and Co ions, J. Appl. Phys. 132, 173904 (2022). DOI: 10.1063/5.0093024
4. Y. Konopelnyk, R. Żuberek, A. Nabiałek, H. Szymczak, R. Puźniak, Correlation between linear magnetostriction and magnetocaloric effect in the Fe7Se8 single crystals, Mater. Res. Express 9, 106102 (2022). DOI:10.1088/2053-1591/ac9777