Magnetic ordering temperature of nanocrystalline Gd: enhancement of magnetic interactions via hydrogenation-induced “negative” pressure

Abstract

Gadolinium is a nearly ideal soft-magnetic material. However, one cannot take advantage of its properties at temperatures higher than the room temperature where Gd loses the ferromagnetic ordering. By using high-purity bulk samples with grains ~200 nm in size, we present proof-of-concept measurements of an increased Curie point (TC) and spontaneous magnetization in Gd due to hydrogenation. From first-principles we explain increase of TC in pure Gd due to the addition of hydrogen. We show that the interplay of the characteristic features in the electronic structure of the conduction band at the Fermi level in the high-temperature paramagnetic phase of Gd and “negative” pressure exerted by hydrogen are responsible for the observed effect.

Magnetic phase diagrams of Gd-H, Tb-H, Dy-H systems

“…Thermomagnetic analysis was carried out in a magnetic field of 0.02 T in the temperature range 4.2-300 K. The relative accuracy of data acquisition did not exceed 0.5%. The Curie temperatures of the parent and hydrided Gd were also determined by means of the Arrott-Belov plot method based on the thermodynamic theory [14]. (2018) https://doi.org/10.1051/epjconf/201818505011 MISM 2017…”

Влияние Структурных Неоднородностей И Газообразующих Примесей На Функциональные Свойства Высокочистых Редкоземельных Металлов

“…табл. 1) хорошо согласуются с литературными данными [1,6,15]. Вве-дение водорода в кристаллическую решетку гадолиния приводит к увеличению параметров a и c. Для твердого раствора α-GdH 0.2 было обнаружено увеличение объема элементарной ячейки при гидрировании на V /V ∼ 1%.…”

“…Исходные образцы состояли из кристаллитов со средним размером зерна 200 nm, образующих столбчатую струк-туру [15]. Гидрированные образцы сохраняли структуру исходных, однако размер зерен в твердых растворах α-GdH x увеличивался до 400−500 nm (в результате нагрева во время процедуры гидрирования).…”

“…При проведении теоретиче-ских расчетов, были использованы экспериментально полученные значения отношения c/a ГПУ-структуры для Gd и GdH 0.2 . Обменные интегралы определялись с помощью методов, подробно описанных в работе [15]. DyН x содержат вторую фазу β-DyН 2 или ее следы.…”

“…Структурное состояние и наличие примесей (особенно газообразующих) отражается на магнитных, электрических и механических свойствах, затрудняет понимание тех физических процессов, кото-рые происходят в металле в области фазовых переходов. Контролируемое введение примеси в высокочистый ме-талл позволяет определить ее влияние на конкретное физическое свойство исследуемого вещества [14][15][16]. Подобных систематических исследований магнитокало-рических свойств РЗМ ранее не проводилось.…”