La1-xRxMn2Si2 (R: Pr,Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Ce) alaşımlarının hacimsel (bulk), şerit ve nano yapılarının, kristal yapılarının,manyetik, direnç, ısı sığası ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
The investigations of crystal structure, magnetic, resistivity, heat capacity and magnetocaloric properties of bulk, ribbon and nano structures of La1-xRxMn2Si2 (R=Pr,Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Ce) alloys
Yazar: ŞİNASİ BARIŞ EMRE
Danışman: PROF. DR. YALÇIN ELERMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: X ışını kırınımı yöntemi = X ray diffraction method

Özet:
Bu tez çalışmasında La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) alaşımlarının yapısal ve manyetik özellikleri x-ışını toz kırınımı, manyetik ölçümler, ısı sığası ve zor ölçümleriyle incelenmiştir. Bütün alaşımlar, argon atmosferi altında ark ergitme fırınında su soğutmalı bakır pota içinde eritilerek elde edilmiştir. X-ışını toz kırınım ölçümleri, Cu hedefli Rigaku D-max 2200 kırınımmetresi ile yapılmıştır. Manyetik ölçümler, MPMS ve PPMS manyetometreleri ile yapılmıştır. Isı sığası ölçümleri PPMS ile yapılmıştır. Manyeto-esneklik ölçümleri Duisburg-Essen Üniversitesi Düşük Sıcaklıklar Fiziği Bölümündeki zor ölçer deney düzeneği ile yapılmıştır. X-ışını toz kırınım deneyleri sonucunda, bütün alaşımların I4/mmm uzay grubuna sahip hacim merkezli tetragonal kristal yapıda kristallendiği ve alaşımların hiçbirinde yabancı bir fazın olmadığı belirlenmiştir. La yerine diğer nadir yer elementleri girdikçe birim hücre parametreleri a ve c'de azalma olduğu gözlenmiştir.La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) alaşımlarının mıknatıslanma ölçümleri sonuçlarına göre La yerine diğer nadir yer elementleri girdikçe sıcaklığı neredeyse değişmeden kalmış fakat nadir yer elementi oranı x artıkça AF-FM geçiş sıcaklığını daha düşük sıcaklık değerlerine kaymıştır. Manyetik alan altında alınan ölçüm sonuçlarına göre, baskın olan yüksek sıcaklık fazı ferromanyetik faz alan uygulanması daha da baskın hala gelmiş ve AF-FM geçiş sıcaklığı daha düşük sıcaklık değerlerine kaymıştır. Isı sığası deney sonuçları da bu geçiş sıcaklıkları ve bunların manyetik alan altındaki davranışları benzer sonuçlar vermişlerdir. Ayrıca bu çalışma ile bugüne kadar tartışmalı bir konu olan Pr nadir yer elementinin manyetik olarak düzenlenmesi konusu yerel Pr alt örgüsünün atomları ile Mn atomlarının uzun mesafe etkileşmeleri sonucunda ferromanyetik düzenlenim gösterdikleri hem ferromanyetik rezonans deneyleri ile hem de ısı sığası deneyleri ile açığa çıkarılmıştır. La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) alaşımlarının manyetokalorik özellikleri hem manyetik ölçümler hem de ısı sığası ölçümleriyle incelenmiştir. La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) alaşımları üzerinde yapılan ısı sığası çalışmaları ile bu örneklerin Debye sıcaklıkları ve durum yoğunlukları hesaplanmıştır. Bu alaşımlar üzerindeki ısı sığası çalışmaları ile ferromanyetik ve antiferromanyetik malzemelerin incelenirken düşük sıcaklıklarda farklı etkileşmeler içinde oldukları ve bu yüzden bunlarla ilgili hesaplamalarda farklı fonksiyonlar kullanılması gerektiği gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis crystal structure, magnetic properties, magnetic structures, heat capacity features and strain experiments of La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) compounds are done with and without magnetic field. All compounds have been prepared by arc melting furnace under purified argon atmosphere in a water-cooled copper boat. X-ray powder diffraction studies have been carried out by using Rigaku D-max 2200 diffractometers with Cu radiation. The magnetic properties of the compounds have been studied by MPMS and PPMS magnetometers. The magneto-elastic properties are studied strain-gauge experiment set up at Duisburg-Essen University Low Temperature Physics Department. The X-ray powder diffraction studies have confirmed the existence of a tetragonal phase having the ThCr2Si2-type structure with the space group I4/mmm and there is no other phases for all compounds. The decreasing of the lattice parameters a and c was observed with the substitution of other rare-earths instead of La. According to the magnetization measurements results keeps constant when La substituted with other rare-earth in La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) system. But as the x increased the is decreased to lower temperatures. Also according to magnetization measurements applying the higher magnetic causes dominant high temperature to become more dominant and AF-FM transition temperature goes to lower temperatures. We have similar results from heat capacity measurements with and without magnetic field. Besides we have concluded the controversial issue of magnetic ordering of Pr rare-earth element. This issue finalized as the low temperatures, long range AF order and local FM correlations are present.The magnetocaloric properties of La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) compounds are investigated by both magnetization measurements and heat capacity measurements. The Fermi level states density and Debye temperatures of La1-xRxMn2Si2 (R=Pr, Sm, Gd,) compounds are determined from heat capacity measurements. Investigations of these compounds have revealed that for low temperature features of ferromagnetic and antiferromagnetic materials we need to use different kinds of fit functions since they have different interactions at these temperatures