Том 68, № 4 (2023)

Дан обзор современного состояния исследований в области изучения магнитокалорических материалов на основе редкоземельных металлов, перспективных для применения в технологии низкотемпературного магнитного охлаждения. Представлены физические основы и характеристики магнитокалорического эффекта в материалах на основе редкоземельных металлов с температурами магнитных фазовых переходов в области низких температур.

Представлены результаты исследования функциональных свойств сплавов системы Ni–Ti после различных деформационных обработок. Определено значение критических напряжений, при которых начинается деградация функциональных свойств: и установлено, что оно примерно в два раза ниже предела текучести. Рассчитаны коэффициенты полезного действия виртуальных термодинамических машин с рабочим телом из исследованных материалов и проведено его сравнение с коэффициентом полезного действия машины Карно на основе этого же материала – рассчитан коэффициент идеальности при условии срабатывания при напряжениях, не превышающих критических. Установлено, что в условиях однократного срабатывания наибольшим коэффициентом идеальности 9.7% обладает материал от прутков, полученных теплой ковкой при 350°С с диаметром от 20 до 5 мм. Для условий периодического действия при напряжениях в 1.2 раза ниже критических определено, что коэффициент идеальности составляет 7.4…7.7% для сплавов, прошедших горячую ковку и комбинацию равноканального углового прессования и теплой ковки.

Прямым методом проведены исследования магнитокалорического эффекта (МКЭ) для образцов соединения Mn₅Si₃ в адиабатических условиях в магнитных полях до 2 Тл при криогенных температурах в диапазоне от 25 до 125 K. По результатам измерений показано, что при температурах вблизи метамагнитоструктурного фазового перехода 1-го рода из неколлинеарного антиферромагнитного в коллинеарное антиферромагнитное состояние наблюдаются как обратный, так и прямой МКЭ. Максимальное значение обратного МКЭ составило ∆T_ad = –0.27 K при начальной температуре T₀ = 55 K в магнитном поле 2 Тл. Прямой МКЭ с максимальным значением ∆T_ad = +0.23 K наблюдается при T₀ = 70 K в поле 2 Тл.

Разработаны высокоэффективные материалы для твердотельного магнитного охлаждения в интервале температур 1.5…100 К. Исследованы магнитные и магнитокалорические свойства новых составов (R, R')Ni (R = Gd и R' = Dy) и их гидридов в области температуры Кюри. Установлены основные закономерности поведения температурных зависимостей магнитокалорического эффекта при варьировании состава.

Исследованы свойства основного состояния и электронная структура сплавов Fe₂PtZ (Z = Ga, In, Ge, Si, Sn, Al) и FeRh_1 – xPt_x в рамках теории функционала плотности, реализованной в программном пакете VASP. Получены плотности электронных состояний для сплавов Fe₂PtZ и FePt. Показано, что в сплавах Fe₂PtIn и FePt наблюдаются высокие значения спиновой поляризации. Получено, что с увеличением концентрации платины шахматная антиферромагнитная спиновая конфигурация становится неустойчивой и в области концентраций выше 0.625 выгодной становится антиферромагнитная конфигурация с послойным чередованием направлений магнитных моментов. Найдено, что при дальнейшем увеличении концентрации платины наблюдается ферромагнитная фаза.

Описан метод магнитооптической визуализации магнитных фаз в ферримагнетиках в окрестности точки компенсации в латеральном градиенте температур. На примере пленок висмут-гадолиниевого феррита граната наблюдались зоны, соответствующие коллинеарной и неколлинеарной магнитным фазам, в зависимости от температуры и величины магнитного поля в диапазоне от 0 до 10 Тл.

Разработана перспективная методика люминесцентной инфракрасной (ИК) диагностики новообразований визуально и эндоскопически доступной локализации (дерматология, гинекология, стоматология) с использованием иттербиевых комплексов порфиринов. Изучены возможные механизмы накопления фармацевтической композиции на основе иттербиевого комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (Yb-ДМДП) в опухолевых тканях. Проведенные исследования по фармакокинетике и биораспределению данной субстанции в различных органах и новообразованиях лабораторных животных показали значительную селективность накопления наночастиц с ионом иттербия в опухоли уже через 24 ч после внутривенного введения. Для целей люминесцентной ИК-диагностики разработан высокочувствительный лазерно-волоконный флуориметр, работающий в спектральном диапазоне 900…1100 нм. Проведены предклинические испытания разработанной методики люминесцентной ИК-диагностики рака и показана ее перспективность.