Magnetocaloric properties of rare-earth compounds

Abstract

This work presents study of magnetocaloric properties of compounds exhibiting unusual magnetic characteristics. Several systems were studied: TbNiAl, (Tb,Y)NiAl, TbNi(Al,In), TbFeAl, GdFeAl, Ni2MnGa based compounds and amorphous metallic alloy Gd-Co-Al-Y. Influence of magneto-crystalline anisotropy on magnetocaloric effect was studied on singlecrystalline sample of TbNiAl compound. The maximum of entropy change was measured with orientation of magnetic field along c axis and compared to polycrystalline sample a 100% increase was observed. Substitutions of Y and In in TbNiAl led to a change of magnetic ordering. Both substitution led to increase of RCP values of studied material. TbFeAl and GdFeAl compounds, characterized by partial disorder of Fe and Al atoms, showed magnetocaloric effect in wide temperature region which led to interesting values of RCP~350 J kg-1 . Very broad region of magnetocaloric effect was also observed on amorphous metallic material of Gd-Co-Al-Y. The effect of Er substitution in Ni2MnGa based compound on its magneto-structural transition, connected with inverse magnetocaloric effect, was studied. The direct measurement method of adiabatic temperature change is described and instrument for such measurement, developed in collaboration with FZU AVČR, v.v.i., is presented.

Práce se věnuje studiu magnetokalorických vlastností sloučenin vykazujících neobvyklé magnetické vlastnosti. Studované systémy jsou TbNiAl, (Tb,Y)NiAl, TbNi(Al,In), TbFeAl, GdFeAl, sloučeniny odvozené od Ni2MnGa a amorfní kovová slitina Gd-Co-Al-Y. Vliv magnetokrystalové anisotropie byl studován na monokrystalickém vzorku sloučeniny TbNiAl. Maximum změny entropie bylo naměřeno při orientaci pole podél osy c a v porovnání s polykrystalickým vzorkem došlo k nárůstu o 100%. Substituce Y a In vedly ke změně magnetického uspořádání. Obě substituce vedly k nárůstu RCP studovaného materiálu. Sloučeniny TbFeAl a GdFeAl, charakteristické částečným neuspořádáním atomů Fe a Al, vykazovaly magnetokalorický jev v široké teplotní oblasti což vedlo k zajímavým hodnotám RCP~350 J kg-1 . Velmi široká oblast magnetokalorického jevu byla pozorována také na amorfním kovovém materiálu Gd-Co-Al-Y. V práci byl studován vliv substituce Er na sloučeniny odvozené od Ni2MnGa, které vykazují strukturní přechod spojený s inverzním magnetokalorickým jevem. V práci je dále popsána metoda přímého měření adiabatické změny teploty a zařízení pro její měření vyvinuté ve spolupráci s FZU AVČR, v.v.i.