E. Z. Valiev , V. I. Bobrovskii
SPONTANEOUS VOLUME MAGNETOSTRICTION IN ANTIFERROMAGNETS AND ITS MANIFESTATION IN AN Fe–Rh ALLOY
DOI: 10.17804/2410-9908.2024.5.170-180 A formula for spontaneous volume magnetostriction of a two-sublattice antiferromagnet is obtained and discussed in detail in terms of an exchange striction model. The main feature of the formula is taking into account the dependence of volumetric strains on the directions of sublattice magnetization vectors. The calculation shows that this way it is possible to explain giant forced
volume magnetostriction previously observed in the antiferromagnetic state of the Fe50Rh50 alloy. Besides, the temperature dependences of the specific volume and critical magnetic field of this alloy are calculated, and they are in a satisfactory agreement with the experiment.
Acknowledgement: The research was performed at the IMP Neutron Material Science Complex under the state assignment from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme Flux, No. 122021000031-8). Keywords: magnetic sublattices, magnetostriction, ferromagnets, antiferromagnets, exchange integrals, ex-change striction model, magnetic phase transitions, magnetocaloric effect References:
- Fallot, M. Les alliages du fer avec les métaux de la famille du platine. Annales de Physique, 1938, 11 (10), 291–332. DOI: 10.1051/anphys/193811100291.
- Staunton, J.B., Banerjee, R., Dos Santos Dias, M., Deak, A., and Szunyogh, L. Fluctuating local moments, itinerant electrons, and the magnetocaloric effect: compositional hypersensitivity of FeRh. Physical Review B, 2014, 89, 054427. DOI: 10.1103/PhysRevB.89.054427.
- Zakharov, A.I., Kadomtseva, A.M., Levitin, R.Z., and Ponyatovskii, E.G. Magnetic and magnetoelastic properties of a metamagnetic iron–rhodium alloy. Soviet Physics JETP, 1964, 19 (6), 1348–1353.
- Shirane, G., Chen, C.W., Flinn, P.A., and Nathans, R. Hyperfine fields and magnetic moments in the Fe–Rh system. Journal of Applied Physics, 1963, 34, 1044–1045. DOI: 10.1063/1.1729362.
- Annaorazov, M.P., Asatryan, K.A., Myalikgulyev, G., Nikitin, S.A., Tishin, A.M., and Tyurin, A.L. Alloys of the Fe Rh system as a new class of working material for magnetic refrigerators. Cryogenics, 1992, 32 (10), 867–872. DOI: 10.1016/0011-2275(92)90352-B.
- Zverev, V.I., Saletsky, A.M., Gimaev, R.R., Tishin, A.M., Miyanaga, T., and Staunton, J.B. Influence of structural defects on the magnetocaloric effect in the vicinity of the first order magnetic transition in Fe50.4Rh49.6. Applied Physics Letters, 2016, 108 (19), 192405. DOI: 10.1063/1.4949355.
- Kouvel, J.S. and Hartelius, C.C. Anomalous magnetic moments and transformations in the ordered alloy FeRh. Journal of Applied Physics, 1962, 33 (3), 1343–1344. DOI: 10.1063/1.1728721.
- Ibarra, M.R. and Algarabel, P.A. Giant volume magnetostriction in the FeRh alloy. Physical Review B, 1994, 50, 4196–4199. DOI: 10.1103/PhysRevB.50.4196.
- Valiev, E.Z. and Bobrovskii, V.I. On the search of new magnetic materials for cryogenics. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2019, 4, 6–15. DOI: 10.17804/2410-9908.2019.4.006-015. Available at: http://dream-journal.org/issues/2019-4/2019-4_261.html
- Kittel, C. Model of exchange-inversion magnetization. Phys. Rev., 1960, 120, 335–342. DOI: 10.1103/PhysRev.120.335.
- Gruner, M.E., Hoffman, T., and Entel, P. Instability of the rhodium magnetic moment as the origin of the metamagnetic phase transition in
Э. З. Валиев, В. И. Бобровский
САМОПРОИЗВОЛЬНАЯ ОБЪЕМНАЯ МАГНИТОСТРИКЦИЯ
В АНТИФЕРРОМАГНЕТИКАХ И ЕЕ ПРОЯВЛЕНИЕ В СПЛАВЕ Fe–Rh
В терминах обменно-стрикционной модели получена и подробно обсуждается формула для самопроизвольной объемной магнитострикции двухподрешеточного антиферромагнетика. Основной особенностью формулы является учет зависимости объемных деформаций от направления векторов намагниченности подрешеток. Расчет показал, что таким образом можно объяснить гигантскую вынужденную объемную магнитострикцию, наблюдавшуюся ранее в антиферромагнитном состоянии сплава Fe50Rh50. Также рассчитаны и удовлетворительно согласуются с экспериментом температурные зависимости удельного объема и критического магнитного поля этого сплава.
Благодарность: Результаты исследования получены в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Поток», № 122021000031-8), выполнявшегося на базе уникальной научной установки «Нейтронный материаловедческий комплекс ИФМ». Ключевые слова: магнитные подрешетки, магнитострикция, ферромагнетики, антиферромагнетики, обмен-ные интегралы, обменно-стрикционная модель, магнитные фазовые переходы, магнитока-лорический эффект Библиография:
- Fallot M. Les alliages du fer avec les métaux de la famille du platine // Annales de Physique. – 1938. – Vol. 11 (10). – P. 291–332. – DOI: 10.1051/anphys/193811100291.
- Fluctuating local moments, itinerant electrons, and the magnetocaloric effect: compositional hypersensitivity of FeRh / J. B. Staunton, R. Banerjee, M. Dos Santos Dias, A. Deak, L. Szunyogh // Physical Review B. – 2014. – Vol. 89. – P. 054427. – DOI: 10.1103/PhysRevB.89.054427.
- Magnetic and magnetoelastic properties of a metamagnetic iron–rhodium alloy / A. I. Zakharov, A. M. Kadomtseva, R. Z. Levitin, E. G. Ponyatovskii // Soviet Physics JETP. – 1964. – Vol. 19 (6). – P. 1348–1353.
- Hyperfine fields and magnetic moments in the Fe Rh system / G. Shirane, C. W. Chen, P. A. Flinn, R. Nathans // Journal of Applied Physics. – 1963. – Vol. 34. – P. 1044–104. – DOI: 10.1063/1.1729362.
- Alloys of the Fe Rh system as a new class of working material for magnetic refrigerators / M. P. Annaorazov, K. A. Asatryan, G. Myalikgulyev, S. A. Nikitin, A. M. Tishin, A. L. Tyurin // Cryogenics. – 1992. – Vol. 32 (10). – P. 867–872. – DOI: 10.1016/0011-2275(92)90352-B.
- Influence of structural defects on the magnetocaloric effect in the vicinity of the first order magnetic transition in Fe50.4Rh49.6 / V. I. Zverev, A. M. Saletsky, R. R. Gimaev, A. M. Tishin, T. Miyanaga, J. B. Staunton // Applied Physics Letters. – 2016. – Vol. 108 (19). – P. 192405. – DOI: 10.1063/1.4949355.
- Kouvel J. S., Hartelius C. C. Anomalous magnetic moments and transformations in the ordered alloy FeRh // Journal of Applied Physics. – 1962. – Vol. 33 (3). – P. 1343–1344. – DOI: 10.1063/1.1728721.
- Ibarra M. R., Algarabel P. A. Giant volume magnetostriction in the FeRh alloy // Physical Review B. – 1994. – Vol. 50. – P. 4196–4199. – DOI: 10.1103/PhysRevB.50.4196.
- Valiev E. Z., Bobrovskii V. I. On the search of new magnetic materials for cryogenics // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2019. – Iss. 4. – P. 6–15. – DOI: 10.17804/2410-9908.2019.4.006-015. – URL: http://dream-journal.org/issues/2019-4/2019-4_261.html
- Kittel C. Model of exchange-inversion magnetization // Phys. Rev. – 1960. – Vol. 120 (2). – P. 335–342. – DOI: 10.1103/PhysRev.120.335.
- Gruner M. E., Hoffman T., Entel P. Instability of the rhodium magnetic moment as the origin of the metamagnetic phase transition in
Библиографическая ссылка на статью
Valiev E. Z., Bobrovskii V. I. Spontaneous Volume Magnetostriction in Antiferromagnets and Its Manifestation in An Fe–rh Alloy // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2024. - Iss. 5. - P. 170-180. - DOI: 10.17804/2410-9908.2024.5.170-180. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2024-5/2024-5_472.html (accessed: 22.12.2024).
|
