On the synthesis and magnetocaloric effect of Fe2P, Mn2Sb and MnAs based compounds

Nesta tese de doutoramento são apresentados os resultados do estudo das propriedades magnéticas, magnetocalóricas e estruturais de algumas séries de compostos que são de interesse para aplicação em refrigeração magnética baseada no efeito magnetocalórico. Os métodos de preparação da série MnFe P1-xAsx são estudados de forma a otimizar o tempo de preparação e as propriedades magnétocalóricas. Uma nova série de compostos baseada na anterior, a MnFeGe1-xSix foi descoberta, apresentando transições de fase magnética de segunda ordem e uma variação linear dos parâmetros de rede em função da concentração de Si no intervalo 0 £ x £ 0,7. Também foi descoberto, associado à uma transição magnética de segunda ordem, o efeito magnetocalórico no composto MnFeSn cujo TC situa-se em torno da temperatura ambiente. Foi feito o estudo do efeito magnetocalórico dos compostos baseados no Mn2Sb com o Mn parcialmente substituído por Cr, V, Co e Cu e o Sb substituído por Ge. Nestes compostos uma transição do tipo Exchange Inversion é induzida pelas substituições, transformando o estado ferrimagnético em antiferromagnético em baixa temperatura, dando origem ao chamado efeito magnetocalórico inverso. Ainda foi desenvolvido um modelo fenomenológico para descrever tal transição e o efeito magnetocalórico associado. Por fim é reportado o efeito magnetocalórico colossal nos compostos M n1-xCux As, devido ao qual os métodos de medida magnéticos do efeito magnetocalórico são revistos. A partir dos resultados em diferentes procedimentos de medida, é proposta uma forma de medir o efeito em materiais altamente histeréticos que não leva a resultados espúriosOn this PhD thesis some results on the magnetic, magnetocaloric and structural properties of some series of compounds suitable for applications on magnetocaloric effect-based refrigeration are presented. The FeMnP1-xAsx series preparation methods are studied in order to optimize their magnetocaloric properties as well as to shorten its preparation time. A new series of compounds based on the previous one was studied, the MnFeGe1-xSix. These compounds present a second-order magnetic phase transition and a linear change in lattice parameters with Si content on the 0 £ x £ 0.7 range. Also associated with a second-order phase transition, the magnetocaloric effect on FeMnSn was discovered around room-temperature. A careful study of Mn2Sb-based compounds with Mn partially substituted by Cr, V, Co and Cu and Sb by Ge was performed. On these compounds an Exchange Inversion transition is induced by substitutions taking the material from the ferrimagnetic to the antiferromagnetic state with decreasing temperature, giving rise to the so-called inverse magnetocaloric effect. A phenomenological theoretical model was also developed to describe such transitions and their associated magnetocaloric effect. Finally we report on the colossal magnetocaloric effect on Cu-substituted MnAs compounds. Due to this compound?s unusual behavior, the magnetic measurements of the magnetocaloric effect are reviewed. Based on the results of different measurement procedures a new method of measurement for highly hysteretic compounds is proposed which leads to non spurious result