Нестехиометрические интерметаллиды редкоземельных и 3d переходных металлов для магнитострикционных и магнитотепловых приложений

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-22-00140

НазваниеНестехиометрические интерметаллиды редкоземельных и 3d переходных металлов для магнитострикционных и магнитотепловых приложений

Руководитель Герасимов Евгений Германович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-207 - Магнитные явления

Ключевые слова Магнитострикция, нестехиометрические интерметаллиды, фазовые переходы, фазы Лавеса, магнитокалорический эффект

Код ГРНТИ29.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта планируется поиск нестехиометрических соединений редкоземельных и 3d переходных металлов типа RT2T`x, (R = редкоземельный металл; T, T` = Fe, Co, Mn и другие 3d переходные металлы), выяснение механизмов, определяющих закономерностей формирования их кристаллической структуры, фундаментальных физических свойств, а также возможности их практического применения в качестве магнитострикционных и магнитокалорических материалов. Актуальность данного проекта обусловлена тем, что кубические фазы соединений редкоземельных и 3d переходных металлов обладают рекордными значениями магнитострикции. Магнитострикционные материалы созданные на основе этих соединений находят широкое применение в генераторах и приемниках ультразвука, актуаторах, сенсорах магнитного поля и электрического тока, устройствах активной виброзащиты, магнитоэлектрических преобразователях энергии, датчиках деформаций, системах охранных сигнализаций, устройствах неразрушающего контроля и в биомедицинских материалах. Магнитокалорические материалы используются для создания экологически чистых рефрижераторов. Научная задача данного проекта заключается в получении и в исследовании кристаллических структур и магнитных свойств новых нестехиометрических фаз Лавеса типа RT2T`x. Особенностью нестехиометрических фаз со структурой MgCu2 является то, что часть атомов 3d металлов занимают кристаллографические позиции редкоземельных металлов. Физические причины такого замещения в настоящее время остаются невыясненными. Тем не менее это явление открывает новые возможности для получения интерметаллических соединений со структурой MgCu2 и изменять их фундаментальные физические свойства. В рамках данного проекта будет продолжено создание экспериментального фундамента для выяснения основных факторов, определяющих условия существования и физические свойства новых нестехиометрических соединений RT2T`x со структурами типа MgCu2. Будет изучено влияние нестехиометрического изменения химического состава на гигантскую магнитострикцию соединений со структурами типа MgCu2. C целью определения вклада в формирование магнитных свойств атомов 3d металла, занимающих позиции редкоземельных атомов, свойства нестехиометрических соединений RT2T`x будут сравниваться со свойствами аналогичных твердых растворов замещения типа RT2-xT`x.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Инишев А.А., Герасимов Е.Г., Барташевич А.М., Терентьев П.Б., Гавико В.С., Мушников Н.В. Non-stoichiometric ErFe2Mnx compounds: Structure, magnetic, magnetoelastic and magnetothermal properties Journal of Alloys and Compounds, Journal of Alloys and Compounds 968 (2023) 172186 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jallcom.2023.172186

2. Терентьев П.Б., Мушников Н.В., Герасимов Е.Г., Гавико В.С., Губкин А.Ф., Инишев А.А. Comparative study of magnetic properties of non-stoichiometric TbNi5Mnx and quasi-binary TbNi5-xMnx alloys Immanuel Kant Baltic Federal University, V International Baltic Conference on Magnetism 2023, Book of Abstract, p.119 (год публикации - 2023)

3. Барташевич А.М., Герасимов Е.Г., Мушников Н.В., Инишев А.А., Терентьев П.Б., Гавико В.С., Колодкин Д.А., Кулеш Н.А. Структурные и магнитострикционные свойства нестехиометрических фаз Лавеса TbFe2Mnx Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", Тезисы. -Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 2023, с.62 (год публикации - 2023)

4. Барташевич А.М., Герасимов Е.Г., Терентьев П.Б., Инишев А.А., Мушников Н.В., Незнахин Д.С., Титова С.Г., Кузнецова Т.В. Non-stoichiometric TbFe2Mnx compounds: Magnetic anisotropy, magnetostriction and thermal expansion Journal of Alloys and Compounds, Journal of Alloys and Compounds 976 (2024) 173023 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jallcom.2023.173023

5. Инишев А.А., Герасимов Е.Г., Терентьев П.Б., Гавико В.С., Барташевич А.М., Мушников Н.В. Структура, магнитострикция, магнитные и магнитотепловые свойства нестехиометрических соединений ErFe2Mnx Москва: МИРЭА - Российский технологический университет, Структура, магнитострикция, магнитные и магнитотепловые свойства нестехиомтерических соединений erfe2mnx / А. А. Инишев, Е. Г. Герасимов, П. Б. Терентьев [и др.] // Новое в Магнетизме и Магнитных Материалах : Сборник докладов XXV международной конференции, Москва, 01–06 июля 2024 года. – Москва: МИРЭА - Российский технологический университет, 2024. – С. 89-91. – EDN WNLHCI. (год публикации - 2024)

6. Барташевич А.М., Ваганов В.А., Герасимов Е.Г., Терентьев П.Б., Мушников Н.В., Инишев А.А., Гавико В.С., Колодкин Д.А. Структурные и магнитные свойства нестехиометрических соединений Tb0.27Dy0.73Fe1.9Mnx Physics of Metals and Metallography (Физика Металлов и Металловедение) (год публикации - 2025)

7. Инишев А.А., Герасимов Е.Г., Мушников Н.В., Терентьев П.Б., Гавико В.С. Магнитотепловые свойства нестехиометрических соединений Er0.65Gd0.35Co2Mnx ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", I Всероссийская школа Национального центра физики и математики и Научно-производственного центра физики ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" по проблемам исследований в сильных и сверхсильных магнитных полях для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов. Тезисы. -Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 2023. - 83-84 с. (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году исследованы кристаллическая структура и магнитные свойства нестехиометрических соединений LuNi2Mnx и (Tb,Dy)Fe2Mnx. Установлено, что однофазные соединения Tb0.27Dy0.73Fe1.9Mnx со структурой типа MgCu2 формируются вплоть до концентрации марганца x = 0.2. Определены различия между концентрационными зависимостями параметров решетки, температуры Кюри и температуры спиновой переориентации в нестехиометрических соединениях Tb0.27Dy0.73Fe1.9Mnx и в твердых растворах замещения Tb0.27Dy0.73Fe2-xMnx, обусловленные разным распределением атомов в кристаллической решетке. Обнаружено, что добавление марганца в нестехиометрических соединениях Tb0.27Dy0.73Fe1.9Mnx ведет к значительному увеличению коэрцитивной силы при температуре 5 К. Показано, что значение спонтанной магнитострикции 111 возрастает с добавлением марганца вплоть до концентрации x = 0.2. Повышение спонтанной магнитострикции делает нестехиометрические соединения Tb0.27Dy0.73Fe1.9Mnx привлекательными для практических применений. С использованием рентгеновской и нейтронной порошковой дифракции исследована кристаллическая структура нестехиометрических соединений LuNi2Mnx (0 ≤ x ≤ 3). Анализ распределения атомов в кристаллической структуре типа MgCu2 для нестехиометрических соединений LuNi2Mnx показал, что атомы Mn одновременно замещают как атомы Lu, так и атомы Ni. В результате, нестехиометрические соединения LuNi2Mnx можно рассматривать как твердые растворы с общей формулой (Lu1-yMny)(Ni1-yMny)2, где y = x/(3+x). Нестехиометрические соединения LuNi2Mnx представляют собой уникальный пример фазы Лавеса типа AB2 с кристаллической структурой типа MgCu2 (C15), в которой третий элемент Mn одновременно замещает до половины как элементов A, так и B. Полученные результаты открывают возможности для синтеза новых соединений со структурой типа MgCu2.

Публикации