Mikro manyetik soğutucularda kullanılacak ni-mn tabanlı manyetik ince filmlerin üretimi ve bunların yapısal, manyetik ve manyetik soğutma özelliklerinin incelenmesi
For micro magnetik refrigerator,ni-mn based magnetic thin films production and investigation of their structural, magnetic and magnetic cooling poperties
Yazar: EMİR ENÖNLÜ
Danışman: PROF. DR. İLKER DİNÇER
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, mikro manyetik soğutucularda kullanılabilecek üstün manyetik soğutma özelliği gösteren manyetik ince filmlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa manyetik ince filmleri ve NiCoMnIn ile NiMnGa ince filmlerinin tabakalarını oluşturduğu 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmler üretilmiştir. Elde edilen manyetik ince filmlerin yapısal, manyetik ve manyetik soğutma özellikleri incelenmiştir.

Üretilen manyetik ince filmler magnetron sıçratma tekniği ile "Vaksis PVD Midas 4M-2T" ince film sistemi kullanılarak elde edilmiştir. NiCoMnIn ve NiMnGa ince filmleri alaşım hedef kullanılarak, NiCoMnAl ince filmleri ise element hedefler kullanılarak üretilmiştir. Elde edilen manyetik ince filmlerin kompozisyon analizleri "ZEISS EVO40" model ve "JEOL JSM-6610" model taramalı elektron mikroskopları ile yapılmıştır. Yüzeylerinin yapısal özellikleri atomik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Kalınlık ölçümleri "Veeco Dektak 150" model profilometre ile yapılmıştır. İnce filmlerin manyetik özellikleri ise manyetik kuvvet mikroskobu ve titreşimli örnek manyetometresi ile incelenmiştir.

Yapılan kompozisyon analizi sonuçlarına göre en uygun kompozisyon değerine sahip manyetik ince filmler, 1 no'lu ve 2 no'lu NiCoMnIn ince filmleri ve 1 no'lu, 2 no'lu ve 8 no'lu NiMnGa ince filmleri olarak belirlenmiştir. Ayrıca teorik hesaplar ile sahip olacağı kompozisyonunun önceden belirlendiği NiCoMnAl ince filmlerinin teorik olarak hesaplanan kompozisyona sahip oldukları görülmüştür. NiCoMnIn ince filmlerinin mıknatıslanma sonuçlarına göre 1 no'lu ince filmde yapısal faz geçişi gözlemlenirken 2 no'lu ince filmde yapısal faz geçişi gözlemlenememiştir. NiMnGa,  NiCoMnAl ve tabakalı ince filmlerin her birinde yapısal faz geçişi gözlemlenmiştir. Yapılan manyetik karakterizasyonlara göre 1 no'lu NiCoMnIn ince filmi, 2 no'lu NiMnGa ince filmi, 3 no'lu NiCoMnAl ince filmi ve 4 tabakalı ince filmi en uygun ince filmler olarak seçilerek Maxwell bağıntısı yardımı ile manyetik entropi değişimleri hesaplanmıştır. Manyetik entropi değişimleri 1.8 T'lık manyetik alan değişiminde 1 no'lu NiCoMnIn ince filmi için 3.6 J/Kg.K, 2 no'lu NiMnGa ince filmi için 2.1 J/Kg.K, 3 no'lu NiCoMnAl ince filmi için 3.4 J/Kg.K ve 4 tabakalı ince film için -1.6 J/Kg.K bulunmuştur. Bu manyetik entropi değişimi sonuçlarına göre NiCoMnIn, NiCoMnAl ve NiMnGa ince filmleri ters manyetokalorik etki göstermektedir. 4 tabakalı ince film ise normal manyetokalorik etki göstermektedir.

Abstract:
In this thesis , it is aimed to develop magnetic thin films which can be used in micro-magnetic coolers with superior magnetic cooling characteristics. For this purpose, NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa magnetic thin films and 4 layer and 8 layer thin films which composed of NiCoMnIn and NiMnGa thin film layers have been produced. Structural, magnetic and magnetic cooling properties of the obtained magnetic thin films were investigated.

Produced magnetic thin films were obtained by using the "Vaksis PVD Midas 4M-2T" thin film system with magnetron sputtering technique. NiCoMnIn and NiMnGa thin films were fabricated using alloy targets, and NiCoMnAl thin films were fabricated using element targets. Composition analyzes of the obtained magnetic thin films were made with "ZEISS EVO40" model and "JEOL JSM-6610" model scanning electron microscopes. Structural features of the surfaces were investigated by atomic force microscopy. The thickness measurements were made with "Veeco Dektak 150" model profilometer. Magnetic properties of thin films were investigated by magnetic force microscopy and vibrating sample magnetometer.

According to the results of the composition analysis, the most suitable compositions are magnetic thin films, NiCoMnIn thin films no. 1 and no. 2, NiMnGa thin films no. 1, no. 2 and no. 8 Respectively. In addition, it has been found that NiCoMnAl thin films, whose composition has already been determined with theoretical calculations, have theoretically calculated composition. According to the magnetization results of NiCoMnIn thin films, structural phase transition was observed in thin film no. 1, but structural phase transition was not observed in thin film no. 2. Structural phase transition was observed in each of NiMnGa, NiCoMnAl and layered thin films. According to magnetic characteristics, NiCoMnIn thin film no. 1, NiMnGa thin film no. 2, NiCoMnAl thin film no. 3 and 4 layer thin film were selected as the most suitable thin films and magnetic entropy changes of this thin films were calculated with Maxwell's relation. The magnetic entropy changes were 3.6 J/Kg.K for NiCoMnIn thin film no. 1, 2.1 J/Kg.K for NiMnGa thin film no. 2,  3.4 J/Kg.K for NiCoMnAl thin film no.3 and -1.6 J/Kg.K for 4 layer thin film. According to the result of this magnetic entropy change, NiCoMnIn, NiCoMnAl and NiMnGa thin films show reverse magnetocaloric effect. 4 layer thin film shows normal magnetocaloric effect.