【摘要】 我们测量了单晶笼形化合物 Pr3Pd20Ge6 和多晶氢化 La(Fe0.88Si0.12)13 在 2 至 340 K 的温度范围和高达 8 T 的磁场中的热膨胀和磁致伸缩。

热膨胀和磁致伸缩是材料对温度和磁场的应变响应，是与比热和磁化强度密切相关的热力学量。这些量对于研究电子和声子特性、相变、量子临界性和其他有趣的现象非常有用 [1]。

 

量子设计物理特性测量系统（PPMS [2，3]）已广泛用于热力学量的测量，例如比热、磁化强度、电阻和导热系数。用可安装在量子设计物理特性测量系统 (PPMS) 中的电容式膨胀计。建造了两种类型的膨胀计。膨胀计足够紧凑，可以安装在各种低温恒温器的小磁体孔中，并且具有参考电容器，从而实现了高灵敏度和稳定性。另一种膨胀计具有由板簧支撑的可移动电容器，能够测量大应变并轻松更换样品。

 

我们测量了单晶笼形化合物 Pr3Pd20Ge6 和多晶氢化 La(Fe0.88Si0.12)13 在 2 至 340 K 的温度范围和高达 8 T 的磁场中的热膨胀和磁致伸缩。膨胀计可以检测应变响应灵敏度为 10 ppb。可以使用两个膨胀计测量从 10−8 到 10−3 的应变。检查了磁扭矩效应。在磁场中，磁各向异性和铁磁畴可能导致样品上的扭矩。 Pr3Pd20Ge6具有磁各向异性，[001]轴为难磁化轴。氢化La(Fe0.88Si0.12)13在313 K时表现出铁磁相变。

 

通过测量正向和负向的磁致伸缩，可以区分扭矩效应和磁致伸缩。在 2 K 下的 Pr3Pd20Ge6 和在 310 K 下的 La(Fe0.88Si0.12)13 的磁致伸缩在两个方向上分别测量到高达 8 T 和 5 T。在每个样品中，两个方向上测得的磁致伸缩是相同的。该结果表明这些样品的扭矩影响很小。认为，在我们的测量中很难检测到磁扭矩效应，因为顺磁相的Pr3Pd20Ge6的磁化强度很小，而且我们的La(Fe0.88Si0.12)13样品是多晶的，磁滞也很小。

 

我们构建了两种可与 PPMS 一起使用的不同膨胀计。我们测量了Pr3Pd20Ge6 和氢化La(Fe0.88Si0.12)13 的热膨胀和磁致伸缩。膨胀计能够以 10 ppb 的灵敏度检测应变响应。可以使用两个膨胀计测量从 10−8 到 10−3 的应变。

 

[1] Barron T H K and White G K 1999 Heat Capacity and Thermal Expansion at Low Temperatures International Cryogenics Monograph Series (New York, NY : Plenum) and references therein

[2] Quantum Design, 11578 Sorrento Valley Rd., San Diego, CA 92121.

[3] Rotter M, M¨uller H, Gratz E, Doerr M and Loewenhaupt M 1998 Rev. Sci. Instrum. 69 2742–6 and references therein

 

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