Критические явления и кинетика магнитных фазовых переходов в функциональных твердотельных магнитных материалах в сильных импульсных магнитных полях

Проект посвящен изучению кинетики магнитных фазовых переходов (ФП) в функциональных твердотельных магнитных материалах, а именно экспериментальному определению скоростей и механизмов протекания магнитоиндуцированных ФП из одной (слабомагнитной) фазы в другую (сильномагнитную) под воздействием сильных импульсных магнитных полей с разными амплитудами и временами нарастания импульса. Будет изучено поведение магнитных и магнитоструктурных ФП вблизи критических точек, а также изучены сопутствующие ФП критические явления, наблюдаемые только в сильных магнитных полях. Кинетика процессов намагничивания в окрестности магнитного или магнитоструктурного ФП является сложным физическим процессом, в котором значительную роль играют времена, связанные с релаксацией процессов упорядочения и перераспределения энергии между подсистемами твёрдого тела. В настоящее время отсутствуют систематические экспериментальные исследования кинетических и релаксационных процессов, описываемых уравнениями типа Ландау-Халатникова, которые сопровождают магнитные и магнитоструктурные ФП, что сподвигло авторов проекта начать исследования в этой области. Особо актуально изучение кинетических и релаксационных процессов, сопровождающих магнитные ФП, с прикладной точки зрения – совершенствования технологии охлаждения на основе магнитокалорического эффекта (МКЭ) в функциональных твердотельных магнитных материалах с ФП. Сфера применения подобных технологий постоянно расширяется и включает в себя как бытовое холодильное оборудование, так и ожижение криогенных газов. Скорость протекания магнитоиндуцированного ФП выступает естественным ограничителем мощность магнитного холодильника. В проекте применён оригинальный подход к решению проблемы прямого экспериментального изучения кинетики и критического поведения магнитоиндуцированных ФП в функциональных материалах, предполагающий одновременное измерение намагниченности, магнитострикции и температуры магнетика в сильных импульсных магнитных полях с разными амплитудами и временами нарастания импульса. Температура исследуемых материалов будет измеряться с помощью быстродействующего (с разрешением менее 1 мкс) инфракрасного бесконтактного волоконно-оптического датчика температуры (ВОДТ). Инновационный ВОДТ, созданный авторами проекта, по своим характеристикам, таким как максимальное магнитное поле, частота дискретизации, постоянная времени детектора, погрешность и разрешение превосходит все известные бесконтактные и контактные датчики (микротермопары и пленочные терморезисторы). В рамках проекта будут изучены скорости и механизмы протекания магнитоиндуцированных ФП в следующих классах магнитных материалов: (1) сплавах Гейслера семейства Ni-Mn-X(Y), где X = Ga, In, Sn, Ti и Y = Cu, V, Si, Cr, (2) сплавах Mn-As(Z), где Z = Ti, P, Fe, (3) полугейслеровых сплавах семейства MnNiGe-MnCoGe-MnCoSi. Эти соединения обладают различными видами магнитных ФП, а также проявляют различные функциональные свойства, такие как сильный МКЭ (как прямой, так и обратный), термоупругий мартенситный ФП и магнитоуправляемый эффект памяти формы. Полученные в ходе проекта прямые экспериментальные данные позволят создать теоретические модели для описания кинетических и релаксационных явлений вблизи ФП. Решение поставленных задач требует усовершенствования экспериментальной техники, поскольку ни одна лаборатория мира не располагает совокупностью источников магнитного поля и измерительных приборов высокой частоты и амплитуды. По итогам реализации проекта будут получены не только результаты исследования кинетических и релаксационных процессов в окрестностях магнитных и магнитоструктурных ФП в функциональных твердотельных магнитных материалах, но и модернизирована установка для создания сверхсильных импульсных магнитных полей (до 35 Тл).