[논문 리뷰] Interplay between magnetism and magnetocaloric effect in NdCuSi

Sachin Gupta, К. Г. Суреш외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 06.

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials참고 문헌 3인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 다결정 NdCuSi에서 자성과 자열효과 간의 상호작용을 조사하여, 50 kOe 자기장에서 11.1 J/kg·K의 큰 등온 자성 엔트로피 변화를 보이는 이阶 전이임을 밝혀냈다. 결과는 평균장 이론과 랑도 이론과 일치하며, 전이의 이계성과 스핀 변동이 순서화 온도에서 전기 저항의 비정상성과 관련이 있음을 확인한다.

ABSTRACT

We report the magnetic, thermal, magnetocaloric and transport properties of polycrystalline NdCuSi. The compound shows a weak antiferromagnetic ordering, as confirmed by different measurements. Arrott plots indicate that the magnetic phase transition is found to be second order in nature. The isothermal magnetic entropy change calculated using the magnetization data gives a value of 11.1 J/kg K for a field change of 50 kOe. The follows h2/3 dependence (h is the reduced field) with a negative intercept, which is predicted by mean field theory for second order phase transitions. Landau theory of phase transition was applied to calculate change in entropy, which was found to be in good agreement with that calculated directly from the magnetization data. Temperature dependence of electrical resistivity shows a pronounced anomaly at the ordering temperature, which is attributed to the spin fluctuations.

연구 동기 및 목표

• 다결정 NdCuSi의 자성 및 자열효과 특성을 조사하기 위해.
• 다양한 실험 기법을 사용하여 NdCuSi의 자성 전이 성격을 규명하기 위해.
• 평균장 이론 및 랑도 이론과 같은 이론 모델과 자성 엔트로피 변화를 연관시키기 위해.
• 순서화 온도 근처에서 스핀 변동이 전기 저항 비정상성에 미치는 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• 등온 자성 엔트로피 변화를 결정하기 위해 다양한 자기장에서 자화를 측정하기 위해.
• 자기 전이의 계수를 분석하기 위해 아로트 플롯을 사용하기 위해.
• 평균장 이론을 적용하여 감소된 자기장 h에 대한 자성 엔트로피 변화의 h2/3 의존성을 예측하기 위해.
• 상전이의 랑도 이론을 적용하여 엔트로피 변화를 계산하고 실험 데이터와 비교하기 위해.
• 자기 순서화와 관련된 비정상성을 감지하기 위해 온도에 따라 변화하는 전기 저항을 분석하기 위해.
• 이론적 예측을 실험적 자화 및 엔트로피 데이터와 비교하여 이계 전이 거동의 타당성을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NdCuSi의 자성 전이 성격은 무엇이며, 이는 제1계 전이인지 제2계 전이인지?
• RQ2 NdCuSi의 자열효과는 적용된 자기장에 따라 어떻게 변화하며, 평균장 이론 예측과 일치하는가?
• RQ3 스핀 변동은 자성 순서화 온도 근처에서 전기 저항에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 랑도 이론 계산은 실험적으로 측정된 자성 엔트로피 변화를 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• NdCuSi는 다수의 실험 기법을 통해 약한 반자성 순서 전이임이 확인되었다.
• 아로트 플롯과 자성 엔트로피 변화의 h2/3 스케일링 결과에 따라 자성 전이가 제2계 전이임이 나타났다.
• 50 kOe 자기장 변화에서 등온 자성 엔트로피 변화는 11.1 J/kg·K에 도달하였으며, 제2계 전이 거동과 일치하였다.
• 음의 절편을 가진 h2/3 의존성은 제2계 전이에 대한 평균장 이론의 예측과 일치하였다.
• 랑도 이론에 의한 엔트로피 변화 계산 결과는 직접 자화 데이터에서 유도된 값과 양호한 일치를 보였다.
• 자기 순서화 온도에서 관측된 전기 저항의 뚜렷한 비정상성은 스핀 변동 때문임이 밝혀졌다.