巨磁热材料相变过程晶格熵变和自旋熵变符号问题研究

摘要

基于磁热效应的固态制冷技术由于绿色环保、高效节能等优势具有广阔的应用前景.具有巨大磁热效应的一级相变材料的共同特征是磁相变伴随晶胞参数或晶体对称性的不连续变化,其中一些材料体系在铁磁(FM)-顺磁(PM)相变过程中伴随晶格的负热膨胀.通常地,较大晶格体积相的声子振动模较软,进而具有较大的晶格熵.但实验和理论研究表明不同负热膨胀材料的声子振动模演化机制存在巨大差异.特别地,声子振动模在材料发生磁相变时的强化或软化决定相变时的晶格熵变的大小和符号.因此,具有负热膨胀特点的巨磁热材料相变过程中的晶格熵变和自旋熵变的符号相同还是相反一直存在争议.我们结合前人核共振非弹性X射线散射(NRIXS)等相关研究,并利用热流测量和德拜理论计算澄清了具有负热膨胀特点的巨磁热La(Fe, Si)_(13)基化合物和六角MM′X合金(M, M′=过渡族元素、X=主族元素)的晶格熵变和自旋熵变的符号问题.结果表明, La(Fe, Si)_(13)基化合物和MM′X合金在磁有序相变过程中晶格熵变和自旋熵变的符号始终相同,符合熵增原理.这项工作有助于全面理解具有负热膨胀行为的磁晶耦合材料巨磁热效应的内在物理机制及其多场调控原理.