بررسی نسبت انرژی گرمایی- مغناطیسی در آلیاژهای کپه ای r5sixge4-x

در این کار، ما ساختار الکترونی و خواص مغناطیسی آلیاژی gd5(sixge1-x)4 به ازای 1، 5/0، 0=x را با روش تابع موج تخت تقویت شده ی خطی با پتانسیل کامل برپایه ی نظریه تابعی چگالی با استفاده از کد محاسباتی wien2k مطالعه کرده ایم. از آنجاییکه اوربیتال های f4 نسبتاً جایگزیده هستند، پیش بینی می شود که همبستگی الکترون های f4 قوی است در نتیجه تقریب چگالی اسپینی موضعی تصحیح شده ی کولمبی (lsda+u) دربردارنده ی برهمکنش کولمبی روی جایگاهی برای توصیف این دستگاه ها انتخاب شده است. ما حجم تعادلی سلول واحد را در حالت های فرومغناطیس و پارامغناطیس برای ترکیب gd5si4 محاسبه کرده ایم. برپایه ی نتایج محاسبه شده، حالت پایه ترکیب gd5si4 در حالت فرومغناطیس یافت شد. انرژی کل حجم های سلول واحد تعادلی برای ترکیب gd5ge4 حالت فرومغناطیس gd5si4–گونه راستگوشی و برای sm5ge4–گونه راست گوشی در حالت های فرومغناطیس و پادفرومغناطیس مقایسه شدند. ما تایید کردیم که ساختار بلوری حالت پایه gd5ge4 ساختار راست گوشی sm5ge4–گونه است. اگرچه، انرژی کل برای حالت فرومغناطیس sm5ge4–گونه کمتر از حالت پادفرومغناطیس آن است. همچنین این محاسبات برای ترکیب gd5si2ge2 با ساختارهای راستگوشی gd5si4–گونه (?) و تک میلی gd5si2ge2–گونه (?) در حالت فرومغناطیس انجام شد. ما ساختار راستگوشی gd5si4–گونه را در انرژی کل کمتر از ساختار تک میلی gd5si2ge2–گونه یافتیم. این روش برای ارزیابی ساختار بلوری حالت پایه ی این ترکیبات نیز موفق بوده است. پارامترهای ساختاری بهینه و خواص مغناطیسی شامل ثابت های شبکه و گشتاورهای مغناطیسی محاسبه شده برای این ترکیب در ساختارهای بلوری مختلف در توافق خوبی با داده های تجربی هستند. آنالیز خواص الکترونی توسط محاسبه ی ساختارهای نواری و چگالی حالت های الکترونی (جزئی و کلی) حاصل شد. نتایج dos نشان داد که خواص مغناطیسی این ترکیبات به هیبریدشدگی بین حالت های p4/p3si/ge- و d5-gd وابسته است. هیبریدشدگی بین حالت های p4/p3si/ge- و حالت های هدایت d5-gd که به قطبش اسپینی در اتم های si/ge منجر می شود؛ برهمکنش فرومغناطیسی بلند-برد رادرمن-کیتل-کاسویا-یاشودا (rkky) بین گشتاورهای f4-gd در تیغه های gd مجاور که توسط پیوندهای ge(si) مرتبط هستند را فراهم می کند. گشتاورهای مغناطیسی اتم های gd در این ترکیبات کوچکتر از گادولینیوم عنصری هستند. وجود نوارهای خیلی هموار در حدود ev 7- برای اسپین بالا و در حدود ev 3+ برای اسپین پایین که اساساً مشخصه ی f4-gd هستند نشان می دهد که روش lsda+u توصیف بهتری از این دستگاه ها فراهم می کند. مشخصات پیوند توسط محاسبه ی کانتورهای چگالی بار و تفاوت چگالی بار در ساختارهای gd5si4–گونه، sm5ge4–گونه و gd5si2ge2–گونه برای این سه ترکیب مطالعه شد. همپوشانی واضح چگالی الکترونی بین 1gd و اتم های si/ge درون تیغه ای، پیوند شبه-کووالانسی بین آنها را در همه ی این ساختارها نشان می دهد. تجمع چگالی بار بین اتم های si/ge بین تیغه ای نشان دهنده ی پیوندهای شبه-کووالانسی بین آنها در ساختار gd5si4–گونه مشاهده شده است، در حالیکه در ساختار gd5si2ge2–گونه فقط نیمی از پیوندهای شبه-کووالانسی بین تیغه ها حفظ می شود و در ساختار چنین هم پوشانی هایی بین اتم های ge (بین تیغه ای) غایب است. سرانجام در بخش تجربی، ما آلیاژ gd5si4 را با آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر گاز آرگون و سپس ذوب نمونه توسط کوره قوس الکتریکی سنتز کرده ایم. ساختار و خواص مغناطیسی آلیاژ با کمک پراش اشعه x و اندازه گیری مغناطش بررسی شده است. این ترکیب در ساختار راست گوشی با گروه فضایی pnma متبلور شد. در الگوی پراش اشعه x، فاز جزئی gdsi2 به عنوان فاز ثانویه مشاهده شد. برای این ترکیب گذار فاز مرتبه دوم مشاهده شد. بیشینه ی تغییر آنتروپی مغناطیسی همدمای ترکیب gd5si4 در k348 یافت شد که دارای مقدار تقریباً j/kg k 10- در میدان اعمالی t5/0 می-باشد. بعلاوه اثر جانشینی منیزیم روی تشکیل فاز، دمای کوری و تغییر آنتروپی مغناطیسی ترکیب gd5si2ge2 بررسی شده است. نمونه آلاییده ی منیزیم gd5si2-xge2-xmg2x با 05/0=x2 توسط ذوب القایی سریع تهیه شده است. نتایج تجربی نشان داد که این مقدار کم آلایش mg در ترکیب gd5si2ge2 گذار مغناطیسی-ساختاری مرتبه اول را حفظ می-کند، بطور قابل توجهی اثرات گرمامغناطیسی آن را افزایش می دهد و همچنین دمای کوری tc آنرا افزایش می دهد. تغییر آنتروپی مغناطیسی بیشینه در تغییر میدان مغناطیسی t5/0-0 تقریباً j/kg k 20 در k275 برای این نمونه برآورد شده است که از ترکیب خالص gd5si2ge2 بزرگتر است. کلمات کلیدی: ترکیبات gd5(sixge1-x)4، محاسبات تابعی چگالی، ساختار الکترونی، برهمکنش تبادلی، خواص گرمامغناطیسی، تغییر آنتروپی مغناطیسی همدما، آلایش منیزیم در ترکیب gd5si2ge2.