[논문 리뷰] Change in the order of magnetic transition in HoRhGe as probed by magnetoresistance and magnetocaloric studies

Sachin Gupta, К. Г. Суреш외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 25.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials참고 문헌 41인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 자기장에 의한 조절이 가능한 희토류 합금 HoRhGe의 자기 전이 순서를 전기저항도 및 열역학적 측정을 통해 조사한다. 낮은 자기장에서는 일阶 전이의 특성을 보이며, 높은 자기장에서는 이차 전이 유사 행동을 나타내며, 큰 자기열 효과(ΔS_M = 11.1 J/kg·K)와 5.5 K에서 50 kOe 조건에서 -25%의 음성 전기저항도 변화를 보여, 네엘 온도 근처에서 자기장에 의해 전이 특성이 변화함을 시사한다.

ABSTRACT

Magnetoresistance and magnetocaloric properties of polycrystalline HoRhGe have been studied. This compound orders antiferromagnetically with a Neel temperature (TN) of 5.5 K and undergoes a first order metamagnetic transition at 2 K. It shows a large negative magnetoresistance of 25% at TN, for a field of 50 kOe. However, at 2 K and in lower fields, the magnetoresistance is found to be positive with a magnitude of about 12%, which is attributed to the first order metamagnetic transition. The compound also shows large magnetocaloric effect near its Neel temperature. Field dependence of magnetic entropy change also reflects the change in the nature of magnetic transition as the field is increased. The value of magnetic entropy change (-ΔSM) is found to be 11.1 J/kg K for a field change of 50 kOe. Field dependence of magnetoresistance and magnetocaloric effect clearly shows the change in the order of the metamagnetic transition with increase in field.

연구 동기 및 목표

• HoRhGe에서 자기장에 의존하는 자기 전이의 특성을 이해하는 것.
• 자기장 증가에 따라 일계 전이에서 이계 전이로의 전이 순서 변화를 조사하는 것.
• 전기저항도 및 자기열 효과 반응을 자기 전이 행동과 연관짓는 것.
• 네엘 온도 및 임계 자기전이 근처에서 자기열 효과 및 전기저항도를 정량화하는 것.
• 자기장에 따른 자기 에너지 변화량의 변화와 전이 순서 간의 관계를 규명하는 것.

제안 방법

• 다결정 HoRhGe 시료를 합성하고 자기적 성질을 특성화하였다.
• 전기저항도는 자기장 및 온도의 함수로 측정되었으며, 주로 5.5 K 및 2 K에서 집중적으로 분석하였다.
• 자기열 효과는 자기장에 의존하는 동온 자기화도 데이터로부터 자기 에너지 변화량(ΔS_M)을 평가하여 분석하였다.
• ΔS_M 및 전기저항도의 자기장 의존성을 분석하여 자기 전이의 순서를 유추하였다.
• 네엘 온도(T_N = 5.5 K) 및 2 K에서의 임계 자기전이가 데이터로부터 확인되었다.
• 전이 순서 변화의 이론적 해석은 일계 특성의 자기장 유도 감소에 기반하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HoRhGe에서 자기 전이 순서는 증가하는 자기장에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 HoRhGe에서 전기저항도 반응과 자기 전이의 성질 간의 관계는 무엇인가?
• RQ3 자기 에너지 변화량(ΔS_M)은 자기장에 따라 어떻게 변화하며, 이는 전이 순서에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 낮은 자기장 및 낮은 온도에서 관측된 음성 전기저항도에서 양성 전기저항도로의 전환은 무엇에 기인하는가?
• RQ5 HoRhGe에서 외부 자기장에 의해 자기열 효과를 조절할 수 있으며, 그 크기는 얼마인가?

주요 결과

• 2 K에서 HoRhGe는 낮은 자기장 조건에서 12%의 양성 전기저항도를 보이며 일계 임계 자기전이임을 확인하였다.
• 네엘 온도(5.5 K)에서 50 kOe 조건에서 큰 음성 전기저항도(-25%)가 관측되어 강한 자기장 유도 스핀 재정렬이 일어남을 시사한다.
• 자기 에너지 변화량(−ΔS_M)은 T_N = 5.5 K 근처에서 자기장 변화 50 kOe에 대해 11.1 J/kg·K에 도달한다.
• 자기장 의존성 전기저항도 및 자기열 효과 반응은 자기장 증가에 따라 일계 전이에서 이계 전이로의 전이 순서 변화를 명확히 나타낸다.
• 전이 순서 변화는 ΔS_M 및 MR의 자기장 의존성에 의해 확인된 바와 같이, 자기장에 의한 일계 특성 억제에 기인한다.
• 데이터는 전기저항도의 크기와 자기 전이 성질 간에 명확한 상관관계를 보이며, 네엘 온도에서는 음성 MR, 낮은 자기장 조건에서 2 K에서는 양성 MR를 나타낸다.