Manyeto yapısal geçişlerde manyetokalorik özellikler üzerine histerezisin etkisi
The effect of histerezis on magnetocaloric properties at magnetostructural transitions
Yazar: ATAKAN TEKGÜL
Danışman: PROF. DR. NURİ ÜNAL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, ferrimanyetik Mn2Sb pnictide alaşımında; Cr, Co, Fe elementleri ve bu elementlerin ikili kombinasyonları (Cr-Co, Cr-Fe ve Co-Fe) kullanılarak belirli bir miktarda Mn elementi ile yerdeğiştirilmesi sonucu üretilen yeni alaşımlarda birinci derece antiferromanyetik-ferrimanyetik (AF-FI) faz geçisleri elde edilmistir. Cr, Co ve Fe katkılanan alasımlarda In ve Ga elementleri Sb elementi ile yer degiştirilerek kristal yapıları gelistirilmistir. Tüm alasımların yapısal, manyetik ve manyetokalorik özellikleri, X-ısını kırınımı, mıknatıslanma ölçümleri ve adyabatik sıcaklık ölçümleri ile incelenmisştir.
Bu ölçümlerde alasımlarda temel kristallenme Mn2Sb benzeri P4/nmm uzay örügüsüne sahip tetragonal ve yabancı kristallenme P63/mmc uzay örügüsüne sahip MnSb olarak tayin edilmistir. Tetragonal yapının Cr, Co ve Fe elementleri ve ikili kombinasyonları için a parametresinde genel anlamda büyük bir degişim olmadıgı, c parametresinin ise azaldıgı görülmüstür. Bu azalma, Mn-Mn etkilesmelerinde büyük rol oynayarak alasımların birinci derece AF-FI faz geçisi oluşturmasını saglamıştır. Cr, Co ve Fe elementleri ve bunların ikili kombinasyonları ile üretilen alasımlarda; Cr ile In ve Cr ile Ga içeren alasşımlarda In ve Ga elementlerinin alasşım içindeki MnSb kristal yapısını minimuma indirdigi artan Cr miktarınında elde edilen faz geçisini düsük sıcaklıklardan oda sıcaklıgına dogru kaydırdıgı görülmüstür. Benzer şekilde oluşturulan Co ile In ve Co ile Ga katkılı alasımlarda ise Co elementinin alasıma manyetik-cam özelligi kazandırdıgı In elementi ile bu özelligin geliştigi belirlenmiştir. Co ile Ga içeren alasımda ise manyetik-camı özelligine rastlanmamıştır. Fe katkılanan Mn2Sb alasımında elde edilen birinci derece AF-FI faz geçisinde MnSb kristallenmesinin yüksek oranda olusmuştur bununla birlikte In elementinin eklenmesi ile bu faz geçisinin kaybolmaktadır. Cr-Co ikili kombinasyonlarından üretilen alasımlarda elde edilen birinci derece AF-FI faz geçişinde Cr elementinin belirli bir orana kadar arttırılmasının faz geçisşini düsşük sıcaklıklardan oda sıcaklıgı civarında gerçeklesmesine neden oldugu görülmüştür. Birinci derece AF-FI faz geçisi gösteren alaşımların entropi degişimleri hesaplandıgında ters manyetokalorik etki özelligi gösterdikleri belirlenmiştir.Bu alaşımlardan oda sıcaklığı civarında birinci derece AF-FI faz geçişi gösteren alaşımlarda yapılan adyabatik koşullardaki sıcaklık ölçümlerinde yaklaşık olarak 2 K degerinde bir soğuma elde edilmiştir. Alaşımların bu soğutma oranını tekrarlayabilme yetenegini belirlemek için yapılan ölçümlerde, alasım sistemlerinin adyabatik olarak tersinir bir durum gerçeklestirebildiği sonucuna ulasılmıstır.

ANAHTAR KELİMELER: Manyetokalorik etki (MKE), Mangan bazlı alaşımlar,Pnictide yapılar, Birinci derece AF-FI faz geçisi.

Abstract:
In this thesis, the ferrimagnetic pnictide Mn 2 Sb alloy, which are doped with Cr, Co, Fe elements and their combinations (Cr-Co, Cr-Fe, Co-Fe ) to partially replace Mn element. So that, the first order antiferromagnetic-ferrim agnetic (AF-FI) phase transition were observed in these alloys. In and Ga elements were used to refine the impurity phase MnSb in some alloys. We characterize these alloys using X-ra y diffraction, magnetization measurements and magnetocaloric measuremets. In the results, all alloys were showed two different crystal structure in XRD patterns. The one of them is ferrimagnetic tetragonal Mn 2 Sb which has P 4 /nmm space group and the other one is ferromagnetic hexagonal MnSb from P 63 /mmc space group. The added Cr, Co, Fe and their combinations binds stronger to Mn at the Mn(I) site causing a decrease in the length of the c -axis. So, alloys show the first order AF-FI phase transition at a certain temperature. In Cr doped Mn 2 Sb, the impurity phase, MnSb was refined by In content and also alloy showed the same effect wit h adding Ga content instead of In. Additionally, when the Cr content increased in alloy, impurity phase continued to refine and the first order AF-FI phase transition rose up to roo m temperature. Co doped Mn 2 Sb alloy showed the magnetic-glass behaviour and when the In content was added the alloy, this behaviour became clear in magnetic measurement s. This behaviour disappeared in Mn 2 − x Co x Sb including Ga content. In Fe doped Mn 2 Sb, the impurity phase MnSb was observed excessively. Cr-Co doped Mn 2 Sb has a first order AF-FI phase transition and with increasing Cr content in alloy, the phase transition sh ifted a room temperature. In some alloys, the adiabatic temperature measurements wer e performed and we observed the inverse magnetocaloric effect in these alloys (about 2 K). Additionally, the reversibility of alloys are quite well in adiabatic tempera ture change. KEYWORDS : Magnetocaloric effect (MCE), Mn-Base alloys, Pnictides, First order AF-FI phase transition.