SmMn2-xFexGe2 (x=0.05 and 0.10) ve SmMn2-xCoxGe2 (x=0.05, 0.10, 0.15 and 0.20) alaşımlarının manyetodirenç ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the magnetoresistance and magnetocaloric properties of the SmMn2-xFexGe2 (x=0.05 and 0.10) and SmMn2-xCoxGe2 (x=0.05, 0.10, 0.15 and 0.20)
Yazar: ÇİĞDEM GÜLİZ SEVGÜL
Danışman: DOÇ. DR. İLKER DİNÇER
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Landau teorisi = Landau theoy ; Manyetik ölçüm = Magnetic measurement ; Manyetorezistans = Magnetoresistance ; Maxwell yöntemi = Maxwell method ; Ortalama alan yaklaşımı = Mean field approach

Özet:
Bu tez çalışmasında hacim merkezli tetragonal ThCr2Si2-tipi (Uzay Grubu I4/mmm) tabakalı yapıda kristallenen Fe ve Co katkılı SmMn2Ge2 alaşımlarının manyetik, manyetokalorik ve manyetodirenç özellikleri incelenmiştir. İncelenen alaşımların hepsi sıcaklık azalırken paramanyetik, tabaka içi antiferromanyetik, ferromanyetik, antiferromanyetik ve tekrar ferromanyetik özellik göstermektedir. Sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümleri ile alaşımların geçiş sıcaklıkları tespit edilmiş ve alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri kullanılarak manyetik entropi değişimleri hesaplanmıştır. Küçük sıcaklık ve alan aralıklarıyla yapılan deneylerin çok uzun sürmesi nedeniyle eldeki verilerin fiziksel temele dayalı fit edilebilmesi için farklı yöntemler kullanılabilir. Bu nedenle manyetik entropi değişimi hesaplanırken genelde kullanılan Maxwell bağıntısı ve Maxwell-Clausius Clapeyron eşitliğinin yanı sıra Landau teorisi ve Ortalama Alan yaklaşımı da kullanılmıştır. Maxwell bağıntısından hesaplanan manyetik entropi değişiminin en büyük değerleri SmMn1.85Fe0.15Ge2 alaşımı için 52.5 K'de -7.74 J/kg.K, 205 K'de 1.83 J/kg.K ve 322.5 K'de -2.06 J/kg.K olarak bulunmuştur. Landau teorisi, M(H) eğrilerinden ve Arrot eğrilerinden bulunan parametrelerle olmak üzere iki farklı şekilde kullanılmıştır. M(H) eğrilerinden bulunan parametrelerle yapılan hesapların Maxwell bağıntısından yapılanlarla daha uyumlu olduğu görülmüştür. Ortalama Alan yaklaşımında ise geçiş sıcaklıklarının M(T)'lerden bulunanlarla daha uyumlu olduğu ancak manyetik entropi değişiminin Maxwell bağıntısıyla hesaplanandan daha büyük çıktığı görülmüştür. Bütün yöntemlerden hesaplanan ?Sm'ler genel olarak birbiriyle uyumludur. Yapılan Fe ve Co katkılamalarıyla TSm ve TC'nin azaldığı, TN'nin ve ?Sm'nin arttığı görülmüştür. Bütün alaşımlarda hem normal hem ters manyetokalorik etki gözlenmiştir. Ayrıca SmMn1.90Fe0.10Ge2 ve SmMn1.95Co0.05Ge2 alaşımlarının sıfır alanda sıcaklığa bağlı direnç ölçümleri yapılmış ve direnç eğrilerinin FM kısmının Tn yasasına uyduğu görülmüştür. n değerleri 1.53 ve 1.62 olarak bulunmuştur. Manyetodirenç değerleri ise SmMn1.90Fe0.10Ge2 ve SmMn1.95Co0.05Ge2 alaşımları için TSm sıcaklığında %20 ve %12, TN sıcaklığında ise %11 ve %4 olarak bulunmuştur.

Abstract:
In this thesis, magnetic, magnetocaloric and magnetoresistance properties of Fe and Co substituted SmMn2Ge2 compounds, crystallized in body centered tetragonal ThCr2Si2-type (space group I4/mmm) layered structure, have been investigated. All investigated compounds show paramagnetic, intralayer antiferromagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic and re-entrant ferromagnetic characteristic with decreasing temperature from high to low. The transition temperatures have been determined by temperature dependent magnetization measurements and magnetic entropy changes have been estimated using isothermal magnetization measurements. As experiments with small temperature and field steps take too long, different methods can be used to fit the limited set of data points based on basics of physics. Thus while calculating magnetic entropy change besides the conventionally used Maxwell relation and Maxwell-Clausius Clapeyron equation, Landau theory and Mean Field approximation have also been used. SmMn1.85Fe0.15Ge2 compound has the highest magnetic entropy changes calculated from Maxwell relation at temperatures 52.5 K, 205 K and 322.5 K with -7.74 J/kg.K, 1.83 J/kg.K and -2.06 J/kg.K respectively. Landau theory has been used in two different ways to calculate magnetic entropy change: using the parameters found from Arrot curves, and M(H) curves, which have been observed to be in better agreement with those calculated from Maxwell relation. In Mean Field approximation, the transition temperatures have been found to be in better agreement with the results obtained from M(T) curves however ?Sm has been found to be greater than those calculated by Maxwell relation. ?Sm?s calculated by all methods are generally in good agreement with each other. It has been observed that substitution of iron and cobalt decrease TSm and TC and increase TN and ?Sm. All compounds show inverse and conventional magnetocaloric effect around transition temperatures. Temperature dependent resistance has been measured for SmMn1.90Fe0.10Ge2 and SmMn1.95Co0.05Ge2 alloys showing a good fit to the relation Tn with values 1.53 and 1.62 of n. Magnetoresistances have been found as %20 and %12 at TSm and %11 and %4 at TN for these compounds.