[发明专利]一种批量获取磁性材料M-T、ΔS-T曲线的方法

说明书

一种批量获取磁性材料M‑T、ΔS‑T曲线的方法，建议分类号为G01N 27/72。本发明既不是对现有热力学理论的改进，也不是对现有磁熵变的计算机计算方法作出的算法改进，而是专门针对利用PPMS系统进行磁性材料的测量得到磁矩—磁场—温度测试数据并进行技术处理而得到测量磁性材料的磁熵变‑温度特性的技术方案，不仅解决了现有技术中PPMS测量得到的数据难以评估磁性材料的磁熵变—温度特性的难题，其效率大大提升，极大地降低了对计算机内存的需求。

技术领域

本发明涉及一种磁熵变测量方法，具体地说是一种专门适用于PPMS的铁磁性材料的磁熵变测量方法。

背景技术

本发明的建议分类号为G01N 27/72。

本发明既不是对现有热力学理论的改进，也不是对现有磁熵变的计算机计算方法作出的算法改进，而是专门针对利用PPMS系统进行磁性材料的测量得到磁矩—磁场—温度测试数据并进行技术处理而得到测量磁性材料的磁熵变-温度特性的技术方案。

为便于理解本发明，以下对现有技术及现有技术作扼要的介绍。

早在1907年郎杰斐(P.Langevin)就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。从机理上说，固体磁性物质在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强(磁熵减小)，对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降(磁熵增大)，又要从外界吸收热量。这种磁性系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应，又称为磁卡效应。1927年德贝(Debye)和杰克(Giauque)预言了可以利用此效应制冷。1933年杰克实现了绝热去磁制冷。从此，在极低温领域(mK级至16K范围)磁制冷发挥了很大作用。利用磁卡效应可制成固态磁制冷器。

磁熵是磁矩混乱程度的量度，以S_m表示。磁熵S_m是温度T和外加磁场H的函数。磁矩排列愈混乱即无序度愈大，磁熵就愈大。为了研制高效率的磁制冷器，必须研究各种铁磁性材料的磁熵变。

为便捷、可靠地、自动化地完成相关测试，本领域技术人员常常采用PPMS来完成测量过程。PPMS——Physical Property Measurement System(综合物性测量系统)是美国Quantum Design公司开发的一款材料的各种物理性质进行基础研究的仪器。PPMS系统的设计理念是在一个完美控制的极低温(50mK)和强磁场(±16T)平台上，集成全自动的磁学、电学、热学和形貌，甚至铁电和介电等各种物性测量手段。一个PPMS系统由基本系统和各种测量和拓展功能选件构成：基本系统提供低温和强磁场的环境，以及整个系统的软硬件控制中心。

根据热力学中Maxwell方程可很容易地得到：当外加磁场从H₀变化到H₁时，磁性材料在这一过程中的磁熵变计算公式为：

上式中，S为磁性材料的熵，H为外加磁场，T为热力学温度，M为磁化强度，下标0、1分别代表磁场变化前、后的状态。

通常可以通过如下途径测量得到磁性材料的磁熵变：

(A)在给定温度下给磁性材料施加一随时间变化的外磁场H，H以等步长增加或减小，测量在所述温度下的第一条M-H曲线(也可以称为M-H磁滞回线)；上述测试完成后，使温度增加或减少一固定值，即温度等步长地增大或减小，重复进行测量步骤(A)，得到若干条在不同温度下的M-H曲线；在每次测量过程中温度保持恒定不变；通过上述测量步骤，可以得到所测磁性材料的M(H，T)的三维数组；上述过程可以概括为：测试不同温度下的M-H曲线，即固定温度扫描磁场，每个温度设置的外磁场的序列要一致，这样才比较容易得到M(H，T)的三维数组；

(B)根据公式

计算得到磁熵变。

而在测试过程中得到的是一系列离散的测试数据，进行具体数值计算时，通常采用如下两种步骤来计算：