Моделирование магнитных и магнитокалорических свойств сплавов Гейслера вблизи фазовых переходов

Объекты исследования: сплавы Гейслера с магнитоструктурным фазовым переходом. Цель: комплексное исследование магнитных, структурных и магнитокалорических свойств сплавов Гейслера Ni-Mn-Z и Ni-Y-Mn-Z (Y = Fe, Cu, Co и Z = Ga, In, Sn) в рамках первопринципных расчетов и метода Монте-Карло. Исследовано влияние химического и структурного беспорядка на свойства сплавов Ni₂Mn₁₊ₓSn₁₋ₓ, а также предложено объяснение незначительного изменения температуры Кюри аустенита в зависимости от концентрации сплава. Построена магнитная фазовая диаграмма для сплавов Ni₂Mn₁₊ₓSn₁₋ₓ в координатах (химический беспорядок - структурный беспорядок). Проведены исследования влияния величины конкурирующего обменного взаимодействия, немагнитных примесей в аустените и мартенсите сплава Ni₅₀Mn₃₄In₁₆ на его магнитокалорические свойства. Показано, что добавка немагнитного атома в сплав Ni₅₀Mn₃₄In₁₆ приведет к улучшению его магнитокалорических свойств. Предложен статистический механизм, учитывающий конкуренцию между энергиями анизотропии и магнитного поля в решеточной модели с учетом кластерного приближения, позволяющий описать температурные зависимости намагниченности исследуемых сплавов. Представлены исследования основного состояния, магнитных и магнитокалорических свойств сплавов Ni-Co-Mn-(Ga, In, Sn), Ni-Mn-(Cu, Fe)-(In, Ga) и Ni-Co-Mn-Cr-In, используя подход суперячеек в первопринципных вычислениях совместно с методом Монте-Карло. Предложено, что усиление МКЭ в сплавах Гейслера можно реализовать путем уменьшения полного магнитного момента мартенсита и увеличения магнитного момента аустенита, что подтверждено результатами исследований влияния малой добавки Cr в сплав Ni₄₅Co₅Mn₃₇In₁₃ на его магнитокалорические свойства. Полученные результаты являются новыми и вносят существенный вклад в развитие направления теоретической физики конденсированного состояния, связанного с микроскопическим описанием фазовых превращений, магнитных, структурных и теплофизических свойств магнитоупорядоченных материалов. Результаты исследований позволяют разработать рекомендации по подбору сплавов, обладающих лучшими магнитными и магнитокалорическими свойствами, что может иметь в будущем практическое значение при создании рабочего тела в устройствах, работающих на принципе магнитного охлаждения, а также устройств функциональной электроники и микромеханики.