Ученые из МГУ имени М.В.Ломоносова при участии британских и японских коллег выяснили, что малейшие структурные нарушения в материале могут привести к существенному изменению величины магнитокалорического эффекта (МКЭ) в сплавах «железо-родий». О своей работе исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.
Объектом исследования МКЭ для ученых послужил сплав железа и родия. Как объяснил один из авторов работы Радэль Гимаев, этот сплав был выбран по нескольким причинам. Сплав железа и родия наиболее интересен тем, что этот материал обладает самыми высокими значениями МКЭ из всех известных на сегодняшний день. Максимальная величина МКЭ в нем — как и в случае со всеми магнетиками — достигается при температурах, близких к температуре фазового перехода. Кроме того, температуру фазового перехода таких сплавов можно задавать с высокой степенью точности, легируя их добавками палладия или платины.
Идеальной кристаллической структурой для получения максимальных значений МКЭ в сплавах «железо-родий» считается объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК), элементарная ячейка которой представляет собой набор атомов железа, расположенных на вершинах куба и атомы родия в его центре. Стоит добавить, что такая структура в «железо-родиевых» сплавах образуется только в случае эквиатомного состава, т.е. состава с примерно равным содержанием атомов железа и родия.
Чтобы обеспечить образцам такую структуру ОЦК, их подвергали 48-часовому отжигу в печи при температуре 1000 градусов Цельсия. Тем не менее, проведенные измерения и используемая теоретическая модель показали, что в ОЦК структуре исследованного сплава присутствовали дефекты, в виде замещения некоторых атомов (примерно 2 процента) железа атомами родия и наоборот. В результате работы ученые показали, что даже такие незначительные отхождения от идеальной структуры ОЦК существенно меняют поведение магнитокалорического эффекта: примерно в два раза снижается величина изменения температуры образца и смещается температура фазового перехода. Вдобавок учеными был обнаружен эффект «невозвращения» конечной температуры сплава к начальной после полного цикла изменения внешнего магнитного поля.