Физики МГУ совместно с коллегами из УРФУ выявили различия в процессах магнитного фазового перехода, индуцируемого нагревом от внешнего магнитного поля в тонкой плёнке сплава железо-родий (FeRh). Результаты работы помогут сформулировать теорию магнитных фазовых переходов, а также лягут в основу твердотельных охлаждающих систем.

Исследуемый фазовый переход — это переход первого рода. В качестве примера можно рассмотреть процесс кристаллизации воды. При охлаждении в воде образуются небольшие кристаллиты — лёд. В бинарных сплавах FeRh существует похожий фазовый переход, однако вместо изменения агрегатного состояния вещества меняется тип упорядочения магнитных моментов ионов в кристаллической решетке.

До сих пор остаётся ряд нерешенных вопросов, которые возникают при детальном изучении этого явления. Учёным удалось выявить ряд особенностей, которые возникают при индуцировании фазового перехода за счет включения внешнего магнитного поля.

«Раньше считалось, что нагрев соединений, которые обладают магнитным фазовым переходом, или помещение их во внешнее магнитное поле являются эквивалентными механизмами, приводящими к изменению типа магнитного упорядочения в кристалле. Мы показали, что наличие магнитострикции* и доменной структуры материала являются факторами, которые обуславливают возникновение нелинейных процессов роста ферромагнитной фазы в малых магнитных полях», — прокомментировала доцент кафедры оптики, спектроскопии и физики наносистем физического факультета МГУ Ирина Каменских.

Для решения поставленной задачи учёные провели эксперименты с использованием различных измерительных методик. Выявить различия в механизмах возникновения ферромагнитной фазы удалось за счет сравнения результатов измерения намагниченности и сопротивления, которые были получены с использованием одинаковых протоколов измерений.

«Дальнейшие экспериментальные исследования планируется проводить с использованием синхротронных источников нового поколения, строительство которых реализуется в настоящее время в рамках проектов Мегасайенс. Ожидается, что полученные результаты станут частью фундамента для создания обобщенной феноменологической теории подобных фазовых переходов», — рассказал м.н.с. кафедры магнетизма физического факультета МГУ Алексей Комлев.

Проведённые исследования имеют интерес не только с фундаментальной точки зрения, но и с прикладной и способствуют технологическому развитию новых отраслей. Соединения с подобным фазовым переходом могут быть использованы в твердотельных охлаждающих системах. Используемая в настоящее время газокомпрессионная технология охлаждения имеет ряд недостатков: она является менее энергоэффективной, экологичной и долговечной по сравнению с предлагаемой твердотельной технологией, которая основана на использовании скрытой теплоты, возникающей в процессе магнитного фазового перехода.

Исследование выполнено в рамках национального проекта «Наука и университеты» при финансировании Минобрнауки России.

*Магнитострикция — изменение линейных размеров кристаллической решетки в присутствии внешнего магнитного поля.

Источник: МГУ.