Физики из МГУ разгадали причины изменения аномальных свойств новых функциональных материалов

Ученые из МГУ с коллегами подробно изучили магнитный фазовый переход первого рода на примере соединения FeRhPd. Простым примером фазового перехода первого рода является процесс кристаллизации воды. При нуле градусов по Цельсию в воде образуются небольшие кристаллиты, вокруг которых образуется новая фаза – лед. В бинарных и тройных сплавах на основе железа и родия наблюдается похожий фазовый переход, только этот материал меняет не агрегатное состояние, а тип упорядочения магнитных моментов в узлах кристаллической решетки. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Journal of Alloys and Compounds.

До сих пор не удается полностью установить все механизмы, ответственные за возникновение описанного явления. Однако авторам статьи удалось объяснить механизм, который приводит к уменьшению температуры фазового перехода при повышении концентрации палладия в сплаве. Согласно представленным в работе исследованиям, температура фазового перехода зависит от величин магнитных моментов атомов железа, родия, палладия и от расстояний между этими атомами, которые варьируются при небольшом изменении концентрации палладия. Определив корреляции между этими параметрами, удалось установить механизм, ответственный за изменение температуры фазового перехода. Кроме того, в ходе исследования сделаны важные выводы о закономерностях формирования дополнительной кристаллографической фазы, исследованы ее структурные и магнитные свойства.

Для решения поставленной задачи была проведена огромная экспериментальная и теоретическая работа, участие в которой приняли ученые из России, Германии, Японии, Аргентины и Бразилии. В опубликованной статье представлены экспериментальные результаты, полученные с помощью самых современных методик: синхротронных исследований, нескольких видов электронной микроскопии. Эти данные позволили с высокой точностью охарактеризовать параметры кристаллической структуры, а также определить величины полевых и температурных зависимостей намагниченности. Теоретические расчеты проведены при помощи компьютерной симуляции исследуемых кристаллов. Совместный анализ теоретических и экспериментальных данных позволил повысить надежность и достоверность сделанных выводов. Ожидается, что полученные результаты станут фундаментом для создания единой теории подобных фазовых переходов.

Проведенные исследования интересны не только с фундаментальной, но и с прикладной точек зрения. Материалы, которые обладают подобным фазовым переходом, перспективны для использования в твердотельных охлаждающих системах. Используемая в настоящее время парогазовая (на основе фреона) технология охлаждения была предложена более ста лет назад. Она является менее энергоэффективной, экологичной и долговечной по сравнению с предлагаемой твердотельной технологией, основанной на возникновении магнитного фазового перехода. Таким образом, исследования, посвященные изучению магнитных и тепловых свойств новых функциональных материалов, могут стать толчком для становления нового этапа технологического прогресса.