Magnetocaloric effect and critical behavior near the paramagnetic to ferrimagnetic phase transition temperature inTbCo2−xFex

磁制冷 铁磁性 临界指数 顺磁性 凝聚态物理 相变 大气温度范围 指数 磁化 磁场 材料科学 热力学 物理 量子力学 语言学 哲学
作者
Madhumita Halder,S. M. Yusuf,M. D. Mukadam,K. Shashikala
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:81 (17) 被引量:136
标识
DOI:10.1103/physrevb.81.174402
摘要

Magnetocaloric effect (MCE) in ${\text{TbCo}}_{2\ensuremath{-}x}{\text{Fe}}_{x}$ has been studied by dc magnetization measurements. On substituting Fe in ${\text{TbCo}}_{2}$, not only the magnetic transition temperature is tuned to room temperature but also the operating temperature range for MCE is increased from 50 K for ${\text{TbCo}}_{2}$ to 95 K for ${\text{TbCo}}_{1.9}{\text{Fe}}_{0.1}$. The maximum magnetic entropy change $(\ensuremath{-}\ensuremath{\Delta}{S}_{M})$ for ${\text{TbCo}}_{1.9}{\text{Fe}}_{0.1}$ is found to be $3.7\text{ }\text{J}\text{ }{\text{kg}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\text{K}}^{\ensuremath{-}1}$ for a 5 T field change, making it a promising candidate for magnetic refrigeration near room temperature. The temperature-dependent neutron-diffraction study shows a structural phase transition (from cubic to rhombohedral phase with lowering of temperature) which is associated with the magnetic phase transition and these transitions broaden on Fe substitution. To investigate the nature of the paramagnetic to ferrimagnetic phase transition, we performed a critical exponent study. From the derived values of critical exponents, we conclude that ${\text{TbCo}}_{2}$ belongs to the three-dimensional Heisenberg class with short-range interaction, while on Fe substitution it tends towards mean field with long-range interaction. The derived values of critical exponents represent the phenomenological universal curve for the field dependence of $\ensuremath{\Delta}{S}_{M}$, indicating that ${\text{TbCo}}_{2}$ and ${\text{TbCo}}_{1.9}{\text{Fe}}_{0.1}$ belong to two different universality classes.
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