Fe₂P基磁热材料的自旋-声子行为比较
材料科学
2026-04-02 v1
摘要
磁制冷可提供一种环境友好技术，显著降低冷却设备的能耗。为保持设备的可持续性，所有部件必须由丰产材料制成，例如排除稀土元素。因此，基于 Fe₂P 的材料在磁热器件中展现出巨大潜力。本研究对 Fe₂P 和 FeMnP₀.₅₅Si₀.₄₅ 进行了磁测量、中子散射和理论建模研究，旨在理解与磁热效应相关的铁磁相变。对 Fe₂P 的衍射数据分析表明，在磁相变温度下，Fe₃g 位驱动磁相变，而 Fe₃f 位没有磁贡献。对于 FeMnP₀.₅₅Si₀.₄₅，磁相变在两个位点上均更为平缓，在磁相变附近存在顺磁相和铁磁相的共存。温度依赖的磁结构行为与第一性原理计算结果吻合良好。Fe₂P 和 FeMnP₀.₅₅Si₀.₄₅ 在其 S(Q,ω) 谱中均表现出两个不同长度尺度上的区域。这两个长度尺度可使用不同的磁自旋态 (S) 进行建模，使用 S_Fe = 2 和 S_Mn = 2.5，与磁性原子的基态一致。低 Q (Q ≺ 0.5 Å⁻¹) 处的 QENS 表明两种化合物在磁相变温度以下均表现出相似的非关联磁性。非关联态表明磁各向异性在磁态形成中不起主要作用。此外，这强调了 FeMn(P,Si) 基化合物中存在一个两部分系统，驱动磁相变进而驱动磁热效应。
引用
@article{arxiv.2604.00695,
title = {A comparison of the spin-phonon behaviour of Fe$_2$P-based magnetocaloric materials},
author = {Mikael S. Andersson and Simon R. Larsen and Erna K. Delczeg-Czirjak and Antonio Corona and Jacques Ollivier and Wiebke Lohstroh and Helen Y. Playford and Cheng Li and Pascale P. Deen and Johan Cedervall},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.00695},
year = {2026}
}