Диссертация

Диссертация посвящена выявлению новых эффектов и комплексному исследованию физических механизмов, влияющих на природу калорических и мультикалорических эффектов в области температур фазовых переходов в мультиферроидных материалах под одиночным или комбинированным воздействием внешних полей различной природы (магнитное, электрическое и механическое).

Объекты исследования – мультикалорические материалы, систематизированы как по их структуре, так и по типу комбинации внешних полей различной природы. Изготовлены образцы мультикалориков различного типа и с использованием модифицированных расчетно-экспериментальных подходов комплексно исследованы структура, магнитные свойства, калорические, мультикалорические эффекты и связанные с ними явления.

Выделяя ключевые новые результаты в области физики магнитных явлений, полученные в рамках диссертационного исследования, можно отметить следующие.

Установлено, что в смесевых магнитоэлектрических композитах MnAs/PMN-PT фазовый сдвиг между приложенными переменными магнитным и электрическим полями может обеспечить синергетический эффект и усилить мультикалорический эффект при рабочей температуре 316 К, которая выше температуры магнитного фазового перехода I рода ферромагнитной компоненты MnAs композита.

Выявлено, что в «природном» мультикалорике – сплаве Fe49Rh51 комбинация магнитного поля до 12 Тл и гидростатического давления до 12 кбар оказывает конкурирующий эффект на температуру магнитного фазового перехода I рода, а гидростатическое давление может быть использовано для управления температурой максимума магнитокалорического эффекта.

Продемонстрированы, возможности управления магнитокалорическим эффектом через электрическое напряжение в магнитоэлектрических композитах слоистого и цилиндрического типов. Установлено, что в объемном слоистом композите Fe49Rh51/PZT с сопоставимыми значениями толщин компонент, механические напряжения, создаваемые при приложении электрического напряжения, способны управлять магнитокалорическим эффектом, но недостаточны для того, чтобы вызвать магнитоструктурный переход Fe49Rh51. В композитах цилиндрического типа MnAs/PZT электрическое напряжение способно создавать квазиизостатическое механическое сжатие и управлять магнитокалорическим эффектом MnAs.

Доказано, что мультикалорический эффект в сплаве Fe48Rh52 при комбинированном приложении магнитного поля до 1 Тл и одноосного растяжения до 104 МПа не является математической суммой одиночных калорических эффектов. Обоснована необходимость учёта в таких исследованиях как геометрии образца, так и амплитудно-временных характеристик прикладываемых полей.

Продемонстрированы различные способы использования мультикалорических материалов для ряда практических задач (твердотельное охлаждение, биомедицина, магноника). Выявлено, что путем подбора протоколов приложения магнитного поля и механической нагрузки, возможно достичь усиления мультикалорического эффекта и обоснована применимость мультикалорических подходов в твердотельных системах охлаждения. Экспериментально в режиме реального времени продемонстрирована возможность использования магнитокалорического эффекта для магнитоуправляемого сброса доксорубицина и обоснованы перспективы биомедицинского применения композитов на основе сплава FeRh.