PDF《Er-Al-Co 块体非晶合金的磁热效应》

10 K 以上, 与晶态顺磁盐 GGG 的Tc 非常接近, 因此适合在液氢温度区间工作. 非晶合金的 Tc 相对于纯 Er 大幅度的减少可以从 分子场理论进行分析, 按照分子场理论, 铁磁体的 图4Er-Al-Co BMGs 在200 Oe 外场下的磁温曲线 图5Er-Al-Co BMGs 在200 Oe 外场下测得的居里温度

2815 论文Tc [13] 可以表达为 ? ? ex c B

2 1 ,

3 ZA J J T k ? ? (1) 其中, Z 为配位数, Aex 为交换积分, J 为总的角动量, kB 为Boltzmann 常数. Z 是一个大于或等于晶态结构的 数, 对于非晶态结构常常固定为 12[14] . 所以 Tc 的下 降只可能是交换积分或角动量上的不同. 一方面, 通 过合金化作用, Tc 会降低;

另一方面, 由于形成了非 晶态结构, 尽管存在局域的浓度起伏, 也即存在局域 的交换积分起伏[2] , 非晶态结构的形成还是导致了磁 性元素间的交换积分或角动量数值上的大幅度减小, 从而引起 Tc 的减小. 对磁化强度-温度曲线进行变换, 如图

6 所示, 可以得到磁化率倒数与温度之间的关系曲线, 从图 中可以看出, 在10 K 以上磁化率倒数基本随温度直 线变化, 符合居里-外斯定律[15] f . C T ? ? ? ? (2) 这里

2 2 B B

3 Np C k ? ? , p 为有效磁子数, N 为粒子数密度. 那么在 1/?-T 关系图中, 直线的斜率 B = 1/C. 将N与考察对象的摩尔质量 M 联系起来, 可以得到

2 B

2 A B

3 . k M p BN ? ? (3) 将B的单位定为 Oe g emu?1 K?1 , M 的单位定为 g mol?1 , NA = 6.02 *

1023 mol?1 , ?B = 9.3 * 10?21 emu, kB = 1.38* 10?23 J K?1 ,

1 J=107 Oe emu, 则7.95 , M p B ? (4) 其中 M 和B均取数值, 单位已约去, 即 分子 的有效 磁矩为 p ?B. 依据对直线部分的拟合, 计算出来的 Er56Al24Co20, Er58Al22Co20, Er58Al24Co18 和Er58Al14- Co28 的有效磁子数分别为 7.00, 7.03, 7.43 和7.04. 结 合有效磁子数与最大等温磁熵变之间的关联性, 这 些非晶合金可望具有较高的最大磁熵变. 对这

4 种成分的合金在 0~50 kOe 范围内进行了 不同温度下的等温磁化测试, 结果如图

7 所示. 可见, 这些顺磁-铁磁性转变特征非常明显, 它们在低温下 的磁化强度相近. 表明它们的磁熵变也相近. 从图中 还可以看出, 它们的磁化曲线相类似. 为确定磁性转 变的等级, 图8绘出了 Er56Al24Co20 的Arrot 图, 曲线 没有呈现 S 形, 也没有出现斜率为负值的区域, 说明 图6Er-Al-Co BMGs 在200 Oe 外场下的 H/M (1/?)-T 图2011 年11 月第56 卷第33 期2816 图7Er-Al-Co BMGs 在不同温度下的等温磁化曲线 图8Er56Al24Co20 的Arrot 曲线 磁场诱发下发生的是二级磁性转变. 利用热力学中的 Maxwell 关系, 可以推导出磁熵 SM、温度 T、外加磁场的磁感应强度 B 和磁化强度 M 之间的关系为 M , B T S M B T ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5) 这里 B=?0H, ?0 为真空磁导率. 在等温过程中, 外加 磁场变化时产生的磁熵变化(等温磁熵变)为????????MMM00,,

,0 , d . H H S T H S T H S T M T H H T ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (6) 在50 kOe 外场下计算得到的等温磁熵变随温度 变化的曲线如图

9 所示, 可以看出, E1~E4 合金出现 ??Smax 的温度都高于它们的居里温度,

4 种非晶合金 的??Smax 分别为 16.06, 15.71, 15.50 和15.67 J kg?1 K?1 . 可见, E1 合金的??Smax 甚至高于 Liang 等人[7] 报道的 Er50Al24Co20Y6 的15.91 J kg?1 K?1 , 也高于 Luo 等人[5] 报道的 Gd40Dy16Al24Co20 的15.78 J kg?1 K?1 . 从图

9 2817 论文图9Er-Al-Co BMGs 在50 kOe 下的等温磁熵变 还可知, E1~E4 合金的半高宽温度在 27.5~29 K 之间, 半高宽对应的上限温度区间最高可达