基于价电子密度对R5X4体系的一级磁相变调控和新相探索的研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51301116
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0107.金属功能材料
- 结题年份:2016
- 批准年份:2013
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2014-01-01 至2016-12-31
- 项目参与者:沈娇艳; 赵蒙; 唐运海; 程亚飞; 张卫;
- 关键词:
项目摘要
This project is to tune first-order magnetostructural transitions and to explore novel phases of R5X4 (R=rare-earth atoms, X=main-group atoms) system through valence electron concentration (VEC). For manipulation of first-order magnetostructural transitions, we aim to decrease the magnetic hysteresis effect of Gd5SixGe4-x and to enhance its magnetocaloric and magnetoresistance effects in low magnetic field by adjusting VEC. For exploration of new phases, the non-tetrelide-containing R5X4 compounds, such as R5TrxPn4-x (Tr=Al, Ga, In;Pn=P, Sb, Bi), R5TrxQ4-x (Q=S, Se, Te), can be designed based on the VEC range in which the R5X4 phases survive. The structural stability and physical properties of designed compounds will be verified by employing first-principles calculations. Experimentally, the targeted materials are attempted to prepare by multiple solid-state synthesis methods, such as high-temperature solid-state reaction, arc melting, high-frequency induction heating, metal flux, chemical vapor transport and so on. The crystal structures, composition and novel physical properties (e.g., half metal) will be investigated by using XRD, SEM-EDS, PPMS etc. The theoretical and experimental data will be combined to be analyzed to illustrate the structure-bond-property relationship, paving a new route to property optimization and searching for new phases of rare-earth-based magnetostructural transition materials.
本项目利用价电子密度作为R5X4(R=稀土元素,X=主族元素)体系一级磁相变的调控手段和新相探索的依据。对于一级磁相变的调控,我们拟改变Gd5SixGe4-x的价电子密度,降低滞后效应,增强低磁场下的磁熵变、磁电阻等效应。对于新相探索,基于R5X4相存在的价电子密度范围,设计出不含碳族元素的新相,例如R5TrxPn4-x(Tr=Al, Ga, In;Pn=P, Sb, Bi)、R5TrxQ4-x(Q=S, Se, Te)。利用第一原理计算论证设计材料的结构稳定性和预测其物理性能。实验上,采用多种固态合成方法(高温固相反应、电弧熔炼、高频感应加热、金属溶剂、化学气相传输等)制备所需材料。运用XRD、SEM-EDS、PPMS等手段研究晶体结构、成分,探索发现半金属性等新的物理性能。结合实验和理论结果,阐明晶体结构-成键-性能之间的本质关系,为稀土磁相变材料的性能优化和新相探索提供新的思路。
结项摘要
磁制冷是基于磁性材料的磁热效应发展而成的制冷技术,具有绿色环保、高效节能和稳定可靠等优点。室温磁制冷技术的核心之一是寻找性能优越的磁相变材料。本项目以价电子密度调控为手段,探索大磁热效应的室温磁致冷材料,取得的主要研究成果有:(1)发现6种通式为R5GaSb3的稀土新化合物,其中R=Gd-Er和Y,为正交的Sm5Ge4型结构(空间群为Pnma)。这个体系的化合物不含碳族元素(Si、Ge和Sn),而之前的绝大部分研究都是在碳族化合物进行的,比如Gd5(Si,Ge)4和Gd5Sn4。(2)除了Y5GaSb3呈顺磁性,R5GaSb3(R=Gd-Er)都为铁磁性,居里温度分别为222K、143K、89K、59K和39K,在0-50kOe磁场下的最大磁熵变为-7.7、-14.2、-18.7、-28.5和-35.8J/(kg K),属于二级相变,无热滞效应。(3)发现5种R5GaBi3(R=Gd-Er)的稀土化合物,为Sm5Ge4结构,呈铁磁性,居里温度分别为208K、131K、81K、53K和25K,在0-50kOe磁场下的最大磁熵变为-7.8、-14.1、-18.5、-28.4和-36J/(kg K),属于二级相变。(4)R5GaSb3和R5GaBi3体系中,主族元素Ga/Sb和Ga/Bi表现出明显的原子择优占位,这和经典的Gd5(Si,Ge)4体系随机占位不同。主族元素的择优占位与原子的大小、电负性、价电子数等相关。(5)发现5个R5Ge4新相的粉末XRD谱收录为国际衍射数据中心(ICDD)标准谱,编号为I02625(Eu1.5Gd3.5Ge4)、I02626(Eu2Gd3Ge4)、I02627(Eu0.5Gd4.5Ge4)、I02628(EuGd4Ge4)和I02629(Eu2Y3Ge4)。(6)合成出Tb-Ge-Sb和Tb-Ge-Bi合金,通过改变Sb/Bi的含量而使居里温度在270~340K和235~350K的宽温区变化,在0-20kOe磁场下的最大磁熵变为-3.7和-4.3J/(kg K),属于二级相变,具有良好的热磁可逆性。(7)发现Tm5Ge4的结构为Sm5Ge4型,反铁磁性(TN=21K)。低温时,表现出类自旋玻璃的磁性为,可视为在反铁磁基底上镶嵌着铁磁团簇。Tm5Ge4是R5Ge4系列最后一个未被表征磁性的化合物,我们的结果完善了R5Ge4系列的磁性研究。
项目成果
期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
The structural and magnetic properties of the compound Tm5Ge4
化合物Tm5Ge4的结构和磁性能
- DOI:10.1039/c5ra02620b
- 发表时间:2015
- 期刊:RSC Advances
- 影响因子:3.9
- 作者:JunDing Zou;Mi Yan;JinLei Yao
- 通讯作者:JinLei Yao
Effects of cerium substitution on magnetic properties of naturally layered TbMn6Sn6 compound
铈替代对天然层状 TbMn6Sn6 化合物磁性能的影响
- DOI:10.1142/s0217979216500685
- 发表时间:2016
- 期刊:International Journal of Modern Physics B
- 影响因子:1.7
- 作者:M. Zhao;G. Z. Liu;J. L. Yao;J. Gao
- 通讯作者:J. Gao
Giant magnetic coercivity in CaCu5-type SmNi3TSi (T=Mn–Cu) solid solutions
CaCu5 型 SmNi3TSi (T=Mn−Cu) 固溶体中的巨磁矫顽力
- DOI:10.1016/j.jssc.2015.09.024
- 发表时间:2015
- 期刊:Journal of Solid State Chemistry
- 影响因子:3.3
- 作者:Jinlei Yao;Xu Yan;A. V. Morozkin
- 通讯作者:A. V. Morozkin
Giant magnetic coercivity in orthorhombic YNi4Si-type SmNi4Si compound
正交晶系YNi4Si型SmNi4Si化合物的巨磁矫顽力
- DOI:10.1016/j.jssc.2015.07.012
- 发表时间:2015
- 期刊:Journal of Solid State Chemistry
- 影响因子:3.3
- 作者:Jinlei Yao;A. V. Morozkin
- 通讯作者:A. V. Morozkin
Giant magnetic coercivity in YNi4B-type SmNi3TB (T=Mn–Cu) solid solutions
YNi4B型SmNi3TB(T=Mn-Cu)固溶体中的巨磁矫顽力
- DOI:10.1016/j.jmmm.2016.06.034
- 发表时间:2016
- 期刊:Journal of Magnetism and Magnetic Materials
- 影响因子:2.7
- 作者:Chang Yan;V. O. Yapaskurt;A. V. Morozkin
- 通讯作者:A. V. Morozkin
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其他文献
A large magnetoresistance effect induced by the tiny substitution of Gd for Y in Y1-xGdxMn6Sn6 compounds (x=0.05-0.15)
Y1-xGdxMn6Sn6 化合物中 Gd 微小取代 Y 引起的大磁阻效应 (x=0.05-0.15)
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:submitted to J. Phys.D: Appl. Phys.
- 影响因子:--
- 作者:姚金雷;张绍英等
- 通讯作者:张绍英等
多层金属预制膜硫化法制备CuAlS2薄膜
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:苏州科技大学学报(自然科学版)
- 影响因子:--
- 作者:颜长;赵蒙;张强;姚金雷
- 通讯作者:姚金雷
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HfFe6Ge6型ErMn6Sn6-xGax (x=0-2.0)化合物的结构和磁性能
- DOI:10.1103/physrevb.67.134423
- 发表时间:--
- 期刊:Phys. Rev
- 影响因子:--
- 作者:姚金雷;张绍英等
- 通讯作者:张绍英等
A new HfFe6Ge6-type (Tb,Ce)Mn6Sn6 compounds
一种新型HfFe6Ge6型(Tb,Ce)Mn6Sn6化合物
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:submitted to J. Magn. Magn. Mater.
- 影响因子:--
- 作者:姚金雷;张绍英等
- 通讯作者:张绍英等
Magnetism and giant magnetoresistance of HfFe6Ge6-type Y0.7Ce0.3Mn6Sn6 compound
HfFe6Ge6型Y0.7Ce0.3Mn6Sn6化合物的磁性及巨磁阻
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:J. Appl. Phys
- 影响因子:--
- 作者:姚金雷;张绍英等
- 通讯作者:张绍英等
其他文献
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