УДК 539.371, 538.911
СОБСТВЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И
КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ ЭМВ В ДИАПАЗОНЕ 8 ММ СПЛАВОВ Ni2,14Mn0,81GaFe0,05
И TiNi В ТЕМПЕРАТУРНОМ ИНТЕРВАЛЕ ВБЛИЗИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ 1-ГО и 2-ГО РОДА
И. В. Бычков
1, В. А. Голунов2, Д. С. Каленов2, А. П. Каманцев3, Д. С. Кучин3, В. В.
Коледов3, Д. А. Кузьмин1, В. В. Мериакри2,
С. В. фон Гратовски2, М.
П. Пархоменко2, А. В. Маширов3, В. Г. Шавров3
1 Челябинский государственный университет
2 ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал
3 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва
Статья получена 1 декабря 2014 г.
Аннотация. Созданы оригинальные экспериментальные
методики для изучения электромагнитного отклика и самопроизвольного
(квазитеплового) излучения ЭМВ в диапазонах 28-32 ГГц образцов твердых тел с
фазовыми превращениями (ФП). С помощью этих методик проведены in situ измерения, собственного электромагнитного
излучения образцов ферромагнитного сплава Гейслера Ni2,14Mn0,81GaFe0,05 и
сплава Ti-Ni c термоупругими мартенситными ФП. Для образца Ni2,14Mn0,81GaFe0,05 методом одновременного измерения квазитеплового излучения радиометрическим
методом (в диапазоне 28-32 ГГц) и одновременные измерения низкочастотной
магнитной восприимчивости, отражающей протекание магнитного и структурного ФП в
образце обнаружена аномальная немонотонная зависимость излучения от
температуры вблизи магнитоструктурного ФП 1-го рода (330 – 345 К) и аномальные
флуктуации излучения вблизи точки Кюри (360 К). Разделены вклады в сигнал радиометра
от собственного излучения образца и отраженного электромагнитного фона. Влияние
кинетики ФП на характер миллиметрового излучения образца изучались при
изменении скорости нагрева/охлаждения от 0,1 К/с до 10 К/с. Показано, что пики
собственного излучения возрастают при увеличении скорости изменения
температуры. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что обнаруженные аномалии
не подчиняются формуле Планка и закону Стефана-Больцмана и связаны с
неравновесными процессами при ФП. В сплаве TiNi с термоупругим мартенситным ФП исследовано радиометрическим
методом собственное излучение и коэффициент отражения ЭМВ в диапазоне 28 - 32
ГГц. В интервала температур вблизи ФП (290 – 315 К) обнаружены аномалии
собственного излучения и коэффициента отражения, связанные с неравновесными
процессами при ФП. Предложена модель, связывающая аномалии коэффициента
отражения и интенсивности собственного излучения, проведено численное
моделирование и получено качественное согласие расчетных и экспериментальных
результатов.
Ключевые
слова: ЭМВ, фазовый
переход, миллиметровые волны, сплавы Гейслера, Ti-Ni, собственное
излучение, коэффициент отражения.
Abstract. The original experimental
techniques are created for the study of the electromagnetic response and
spontaneous radiation of electromagnetic waves in the range of 28-32 GHz, of samples
of the alloys with phase transitions (PT). Using these techniques, the
following experiments were done: there were carried in situ measurements
of the electromagnetic waves radiation of a ferromagnetic Heusler alloy Ni2,14Mn0,81GaFe0,05
by radiometry techniques (in the range of 28-32 GHz), and simultaneously
measuring of the low-frequency magnetic susceptibility, reflecting the
occurrence of magnetic and structural PTs in the sample. An anomalous no
monotonic temperature dependences of the radiation in the temperature range
near magneto structural PT of the 1st order (330 - 345 K), and abnormal
fluctuations in the radiation near the Curie point (360 K) were detected. The
contributions to the signal from the self-radiation of the sample and the
reflected electromagnetic radiation from a background were separated. The
influence of the nature of the kinetics of PT upon millimeter wave radiation of
sample was investigated by changing the rate of heating / cooling from 0.1 K /
s to 10 K / s. It was shown that the peaks of the intrinsic radiation increases
with the rate of temperature change. These methods confirm that the detected
anomalies are not subjected to Planck's formula and the Stefan-Boltzmann law
and are associated with non-equilibrium processes at PT. The study by the
radiometric technique of the electromagnetic radiation of the TiNi alloy of
it’s intrinsic radiation and electromagnetic wave reflection coefficient in the
range of 28-32 GHz were done. In the temperature range near the thermoelastic martensitic
structural PT (290-315 K) there were revealed the anomalies of the intrinsic
radiation and the reflection coefficient which are associated with the
non-equilibrium processes at PT. The model is propose that relates the
reflection coefficient anomalies and intensity of intrinsic radiation. The results
of numerical simulations are in good qualitative agreement with the
experimental data.
Keywords: electromagnetic waves, millimeter range, phase transition,
shape momery effect, TiNi, Heusler alloys, reflection coefficient, intrinsic
radiation, evanescent modes.