CoMnGe1-xGax sistemlerinin 0 x 0.1 bileşikleri için yapısal, ısısal, manyetik ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, termal, magnetic and magnetocaloric properties of CoMnGe1-xGax systems for 0 x 0.1
Yazar: GİZEM DURAK
Danışman: PROF. DR. YALÇIN ELERMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Isı kapasitesi = Heat capacity ; Manyetik = Magnetic ; Manyetik malzemeler = Magnetic materials ; Manyetik özellikler = Magnetic properties ; Manyetizma = Magnetism ; Mikroskopi-elektron taramalı = Microscopy-electron scanning ; X ışını kırınımı yöntemi = X ray diffraction method

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı sıcaklıklarda manyetik ve yapısal faz geçişi gösteren CoMnGe alaşımına Ga elementi katkılaması yapılarak, yapısal ve manyetik faz geçiş sıcaklıkları birbirine yakınlaştırılmaya çalışılarak, dev manyetokalorik etkinin gözlemlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla CoMnGe1-xGax (0 x 0.1) alaşımları farklı stokiometrik oranlarda hazırlanarak yapısal, ısısal, manyetik ve manyetokalorik özellikleri incelenmiştir. Tüm alaşımlar argon atmosferi altında, su soğutmalı bakır pota içerisinde ark ergitme fırını kullanılarak elde edilmiştir. Hazırlanan alaşımlara ısıl işlem uygulanmıştır. Alaşımların istenilen kompozisyonda oluştuklarını tespit etmek için taramalı elektron mikroskobu deneyleri ZEISS EVO 40 model taramalı elektron mikroskobu ile yapılmıştır. Alaşımların kristal yapılarını tespit etmek için x-ışını toz kırım deneyleri Cu hedefli Rigaku Dmax 2200 toz kırınımmetresi kullanılarak yapılmıştır. Alaşımların ısısal özelliklerinin tayini için gerekli olan deneyler Netzsch marka diferansiyel taramalı kalorimetre ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, en uygun x=0.055 katkılamasına sahip olan CoMnGe0.945Ga0.055 örneği için gerekli olan manyetik ve manyetokalorik karakterizasyon çalışmaları Quantum Design PPMS kullanılarak yapılmıştır.X-ışını toz kırınım deneylerine göre, ısıl işlem uygulanmamış bütün alaşımların, oda sıcaklığında hekzagonal yapıda (uzay grubu: P63/ m m c) kristallendiği, ısıl işlem uygulanmış alaşımların ise hem hekzagonal (uzay grubu: P63/ m m c) hem de ortorombik (uzay grubu: P n m a ) yapıda kristallendiği tespit edilmiştir. Isıl işlem uygulandıktan sonra birim hücre parametrelerinde (a, b, c) artma gözlenmiştir. DSC ölçümü yapısal dönüşüm sıcaklığının oda sıcaklığı yakınında olduğunu göstermiştir. Mıknatıslanma ölçümlerine göre, ısıl işlem uygulanmamış CoMnGe0.945Ga0.055 alaşımı ikinci dereceden faz geçişi sergilerken, ısıl işlem uygulanmış CoMnGe0.945Ga0.055 alaşımında birinci dereceden faz geçişi gözlemlenmiştir. Isıl işlem uygulanmış alaşımın yapısal geçiş sıcaklığı DSC ölçümlerinden ısıtma yönünde 308 K ve manyetik geçiş sıcaklıkları PPMS ölçümlerinden ısıtma yönünde 310 K, soğutma yönünde ise 295 K olarak gözlemlenmiştir. Yapısal ve manyetik geçiş sıcaklıklarının birbirine yakınlaştırılması ile yapısal ve manyetik faz geçişlerinin manyetik entropi değişimine katkısı arttırılarak dev manyetokalorik etki gözlemlenmiştir. Isıl işlem uygulanmayan CoMnGe0.945Ga0.055 alaşımında manyetik entropi değişimi 7 T'lık dış manyetik alan değişiminde yaklaşık -3.5 J/kg.K iken, ısıl işlem uygulanmış CoMnGe0.945Ga0.055 alaşımında ise, bu sayı -38.4 J/kg.K olarak Maxwell denklemleri yardımı ile hesaplanmıştır. Son olarak yapılan ısı sığası deneyleri ile alaşımın düşük ve yüksek sıcaklıktaki davranışı incelenerek, mıknatıslanma deneylerinden elde edilen veriler doğrulanmıştır.Anahtar Kelimeler : Manyetokalorik Malzemeler, Manyetik Entropi Değişimi, CoMnGe0.945Ga0.055, Manyetik Ölçümler

Abstract:
In this thesis, our aim is became closer the structure phase transition temperature to the magnetic phase transition temperature CoMnGe, which is shown structural and magnetic phase transition in different temperatures, with Ga doping and observed the giant MCE. The CoMnGe1-xGax (0 x 0.1) compounds are prepared in the different stoichiometric compositions to investigate their structural, thermal, magnetic and magnetocaloric properties. All compounds have been prepared by arc melting furnace under purified argon atmosphere in a water-cooled copper boat. After that the compounds have been annealed. We have been made scanning electron microscopy experiments by using EVO-40 to find composition of the compounds. X-ray powder diffraction measurements have been carried out by using Rigaku D-max 2200 diffractometer with Cu radiation to find the crystal structures of the compounds. Thermal properties of the compounds have been determined by using Netzsch differential scanning calorimeter. According to these results, it is decided that CoMnGe0.945Ga0.055 show the structural and magnetic phase transitions at the same temperature. Therefore, the magnetic and magnetocaloric characterization of this compound are measured by using PPMS from Quantum Design.According to x-ray powder diffraction experiments, all non-annealed compounds have hexagonal structure (space group: P63/m m c) at room temperature. However, the annealed compounds have the hexagonal (space group: P63/m m c) and orthorhombic (space group: P n m a) structures at room temperature. It is observed that after annealing the unit cell parameters (a, b, c) increases. The magnetization measurements show that the non-annealed CoMnGe0.945Ga0.055 compound displays the second order phase transition while the annealed CoMnGe0.945Ga0.055 compound displays the first order phase transition. The annealed CoMnGe0.945Ga0.055 compound exhibits a structural transition temperatures around 308 K on heating sequence from DSC measurement and a magnetic transition temperature around 310 K and 295 K on heating and cooling sequences from PPMS measurements, respectively. Because of the coexistence of the structural and magnetic phase transitions around the same temperatures, the giant magnetocaloric effect is observed for this compound. The magnetic entropy change is estimated by Maxwell relation. The magnetic entropy change of non-annealed CoMnGe0.945Ga0.055 compound is about -3.5 J/kg.K and about -38.4 J/kg.K for the annealed CoMnGe0.945Ga0.055 compound in magnetic field change of 7 T. Finally, the heat capacity experiments are performed to investigate the thermal properties at the low and high temperatures. The results of the heat capacity experiments are in good agreement with magnetization experiments.Key words: Magnetocaloric materials, Magnetic entropy change, CoMnGe0.945Ga0.055 , Magnetic measurements