Влияние структурных и магнитных превращений в некоторых сплавах на основе переходных металлов группы железа на их оптические свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАШШ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОФИЗИКИ

На правах рукописи

МИЩЕНКО ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

УДК 535.393:669.255

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ И МАГНИТНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В НЕКОТОРЫХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА НА ИХ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Киев - 1992

Работа выполнена в Институте металлофизики АН Украины

Научные руководители

- член-корр. АН Украины А.Г.ЛЕСНИК

- кандидат физико-математических наук Ю.ВЖУДРЯВЦЕВ

Официальные оппоненты

- доктор физико-математических наук, профессор ,'

' И.А.ШАЙКЕВИЧ (Киев)

- доктор физико-математических наук Ю.Н.КУЧЕРЕНКО (Киев)

Ведущая организация - Московский государ-

ственный университет (Москва)

Защита диссертации состоится 1992 г.

нэ заседании Специализированного Совета К 016.37.01 в институте металлофизики АН Украины по адресу: 252680, ГСП, КИЕВ-142, бульв. Вернадского, 36.

С диссертацией можно ознаковиться в библиотеке Института металлофизики АН Украины.

Отзывы в двух экземплярах , заверенные печатью, просим направлять в адрес Института.

Автореферат разослан 21 ¿лефя*- 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета К 016.37.01,канд.физ.-мат.наук у О.П.Федоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сплавы элементов 3<1-первходной группы железа с поливалентными металлам! и металлоидам обладают рядом интересных необычных физических свойств как в упорядоченном так и в разупоря- . доченном состояниях. Порядок здесь понимается как атомный так и магнитный. К таким свойствам можно, например, причислить высокую величину удельного электросопротивления, его малый и даже отрицательный температурный коэффициент, слабый ферромагнетизм и другие, находящиеся в прямой зависимости от электронной энергетической структуры (ЭЭС) сплавов в прифермиевской области' энергий в районе нескольких электронвольт. Поэтому изучение особенностей строения энергетического спектра электронов и его изменения при структурных и магнитных превращениях в сплавах является основой для понимания многих из их физических свойств.

Довольно эффективными экспериментальными средствами с высоким энергетическим разрешением для исследования ЭЭС в районе уровня Ферми металлов и сплавов, находящихся в различных структурных и магнитных состояниях, являются оптическая и магнитооптическая спектроскопии. Эти методы чувствительны к локальной кристаллической и магнитной структуре образцов, поскольку основные черты ЭЭС сплавой переходных металлов формируются в пределах нескольких координационнных сфер.

Модификация энергетического спектра электронов металлических сплавов при структурных и магнитных превращениях с использованием оптической методики ранее уже исследовалась. Но при этом интерпретация полученных результатов, как правило, проводилась на основании расчетов дисперсионнных зависимостей энергии электронов от волнового вектора в сплавах и качественного соответствия особенностей оптических характеристик особенностям строения ЭЭС. Принципиально новые возможности оптической и магнитооптической спектроскопии для понимания закономерностей изменения ЭЭС при структурных и магнитных превращениях могут возникнуть, если анализировать экспериментально полученные спектры с привлечением теоретических расчетов спектров соответствующих оптических параметров упорядоченных структур.

Информация об изменениях в ЭЭС при структурных и магнитных превращениях в сплавах необходима как для понимания их физических свойств, так и для создания полуфеноменологических теорий, учитывающих различные вида структурного и спинового упорядочения в сплавах.

Цель работа. В настоящей работо было проведено исследование оптических и магнитооптических свойств сплавов CoggAlgg , NloAl п Fe2P, находящихся в различных структурных и магнитных состояниях с целью изучения изменений, происходящих в энергетическом спектре электронов при:

-переходах порядок-беспорядок и кристаллическое состояние-аморфное в эквиатомных сплавах СоА1 и CoGa;

-изменении концентрации дефектов решетки и переходе ферромагнетик -парамагнетик в сплавах Co^Ga^;

-магнитных превращенияях в слабых зонных ферромагнетиках NlgAl и ?е2Р

Объекты для исследований выбирались из следующих соображений. Сплавы GOgoAlgQ и Co5qG£i50, с помощью тонкопленочной технологии можно получать в различных структурных состояниях. Кроме этого они могут служить в качестве модельных, поскольку имеют довольно простую кристаллическую структуру, что позволяет достаточно надежно рассчитывать их оптические параметры в упорядоченном состоянии.

При изменении концентрации компонент вблизи эквиатомного состава в сплавах Co^Ga,^ образуются дефекты решетки в эквиатомной матрице и при некоторых критических концентрациях образцы ферромагнитно упорядочиваются ниже температуры Кюри, которую, варьируя состав образцов, можно подбирать удобной с экспериментальной точки зрения.

Сплавы N13A1 и Fe2P являются типичными слабыми зонными ферромагнетиками, которые в настоящее время привлекают большой интерес исследователей своими необычными магнитными свойствами. В них в весьма широких температурных областях возможно наблюдать различные магнитные состояния (с дальним спиновым порядком - ферромагнитное, с ближним динамическим порядком - область существования пространственных корреляций спиновых флуктуаций и область с разупорядоченными магнитным моментами).

Научная новизна. Эквиатомные сплавы СоА1 и CoGa впервые были получены в разупорядоченном кристаллическом состоянии, а сплав Co50Ga5 также в аморфном состоянии. Для них были измерены спектры оптической проводимости (ОП) и произведено разложение полученных спектров на составляющие их полосы мехзонного поглощения, а также произведен анализ этих спектров на основе теоретических расчетов оптических характеристик для соответствующих упорядоченных структур.

Установлено, что причиной уменьшения ОП в инфракрасной области спектра и увеличения удельного электросопротивления при разупорядо-

чении в экеиптомных сплавах СоА1 и СоСа является падение плазменной частоты, а не увеличение частота релаксации электронов проводимости.

Впервые исследованы оптические и магнитооптические спектры слабых зонных ферромагнетиков Н13А1 и ?е2Р в широком интервале температур. Показано, что в парамагнитной области в них наблюдается экваториальный эффект Керра (ЭЭК), наличие которого обусловлено существованием пространстЕеюшх корреляций сгсшоеых флуктуация.

Научная и практическая ценность. Результаты, полученные в данной работе, позволяют Солее полно разнить представления об особенностях изменения ЭЭС в эквиатомных сплавах СоА1 и СоСа при переходе из кристаллического в разупорядоченное и аморфное состояния.

На примере соединений Со500а50 и Со^сА150 показано, что металлические сплавы в которых электропроводность близка к минимальной металлической и уровень Ферми находится в минимуме плотности электронных состояний имеют слабую зависимость механизмов рассеяния электронов проводимости от внешних факторов, таких, например, как температура и степень атомного упорядочения, если плотность электронных состояний меняется незначительно при изменении указанных параметров.

ВперЕые в слабоферромагнитных сплавах т3А1 и Ре2Р показана возможность наблюдения экваториального эффекта Керра в парамагнитной области температур, что позволило открыть новую область применения магнитооптической спектроскопии как метода для изучения температурной зависимости поведения флуктуаций спиновой плотности в таких сплавах.

Положения, выносимые на защиту.

1. Основной физической причиной изменения электросопротивления и оптических свойств в инфракрасной области спектра в эквиатомных сплавах СоА1 и СоСа при атомном рэзупорядочении является не увеличение частоты релаксации, а уменьшение частоты плазменных колебаний электронов проводимости за счет усиления тенденции к локализации носителей на уровне Ферми.

2. Переход ферромагнитных сплавов Со-Са через температуру Кюри приводит к изменению температурной зависимости положения низкоэнергетической полосы поглощения, что обусловлено аномалией теплового расширения, связанной с магнитным превращением.

3. В слабых зслпшх ферромагнетиках К13А1 и Ге,Р наблюдается экваториальный эффект Керра в парамагнитной области температур. Такая возможность объясняется существованием пространственных корреляций спиновых Флуктуаций, которые исчезают при температурах, зна-

чителыю превышающих Тс.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:

-Республиканской конференции "Спектроскопия молекул и кристаллов" (Одесса, 1985);

-XVII Всесоюзной конференции"Флзика магнитных явлений"(Донецк, 1985); -VIII Республиканской школе-семинаре "Применение спектроскопии и мэталлооптики в народном хозяйстве"(Луцк,1986); -VI Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение"(Москва,1986);

-XV Всесоюзной конференции "Физика магнитных явлений"(Калинин, 1988); -Вузовской конференции по магнитооптике (Лесные поляны,1988); -VII Всесоюзной конференции ."Физика вакуумного ультрафиолета и его взаимодействия с веществом"(Иркутск,1989);

-XII Республиканской школе-семинаре "Применение спектроскопии и металлооптики в народном хозяйстве"(Мелитополь, I99Q);

Объем работы.- Диссертация изложена на 141 странице, содержит 5t рисунок й 4 таблицы, состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации носит обзорный характер и состоит из четырех разделов.

В первом из них дано описание связи оптических и магнитооптических параметров металлов и сплавов с их электронной энергетической структурой. В последующих трех разделах на основании литературных •данных рассмотрены вопросы о том, какое влияние могут оказывать атомное разупорядочение, наличие дефектов'кристаллической решетки и магнитное разупорядочение в переходных Зй-металлах группы железа и сплавах на их основе на их оптические свойства и энергетический спектр электронов вблизи уровня Ферми.

Во второй главе описаны метода получения образцов, контроля их структурного и магнитного состояния, экспериментальные методы и установки доя определения оптических и магнитооптических параметров металлов и сплавов, а также их электросопротивления.

Образцами для исследования влияния структурных превращений порядок-беспорядок и кристаллическое состояние-аморфное на оптические свойства служили пленки эквиатомных сплавов СоА1 и CoGa, которые

- 5 -

с с

осаздались в вакууме 10 - 10~° Па методом полувзрывного испарения. Основными технологическими параметрами, за счет которых пленки сплавов были получены в различных структурных состояниях, были температура подложи перед осаждением пленок и температура последующего отжига образцов.

Кристаллическое упорядоченное состояние в образцах достигалось путем напыления порошков сплавов на нагретые до 600-700 К стеклянные полированные подложки. Ыотастабкльные кристаллические разупоря-доченше фазы сплавов СоА1 и СоСа получали при осаждении порошок на охлаждаемые соответственно жидким гелием и азотом стеклянные подложи. При осаждении сплава СоСа на медные, охлаждаемые жидким гелием подложки удалось получить аморфное состояние.

Для исследования влияния дефектов решетки и магнитного превращения ферромагнетик-парамагнетик на спектры ОП была получены однофазные пленочные образцы сплавов СохСа(_х (Х=0,50; 0,52; 0,54; 0,59; 0,62) в разновесном кристаллическом упорядоченном состоянии.

Для исследования оптических свойств слабых зонных ферромагнетиков в различных магнитных состояниях использовались однофазные упорядоченные пленки сплава Ге2Р и массивные образцы сплавов НЬ^А^з и N1Т5 2А124 8* К0Т0Рие 0ыли получены методом аргонно-дуговой плавки. Их поверхность готобшги механической полировкой с последующим отжигом в сверхвысоком вакууме при 620 К.

Кристаллическую структуру пленочных образцов изучали электронно-микроскопическим способом, химический состав массивных образцов определяли с помощью рентгеновской флуорисценции.

Контроль магнитного состояния образцов осуществляли на вибрационном и СКЕИД- магнетометрах. Зависимость намагниченности от температуры измеряли на магнитных весах по методу Фарадея в среде инертного газа в магнитном поле до 5 кЭ в интервале температур 100 -700 К. Для измерения электросопротивления пленочных образцов применялась четырехзондная методика.

Оптические константы сплавов измерялись по зллипсометрическому методу Битти в энергетическом интервале 0.1 - 5 эВ в широком диапазоне температур. Измерения проводились без нарушения вакуума после осаждения пленок благодаря сочленению сверхвысоковакуумной камеры с измерительным прибором. Эллипсометр был автоматизирован нами на базе микро-ЭВМ, что позволило существенно увеличить точность измеряемых характеристик и быстродействие прибора.

Экваториальный эффект Керра определялся в энергетической области

- б -

0,5 - 4 эВ в пределах температур от 100 до 650 К.

В третьей главе представлены результаты измерений спектров оптической проводимости (ОП) эквиатомных сплавов СоА1 и СоСа, находящихся в различных структурных состояниях. Полученные экспериментальные данные обсувдаются на основе сравнения их с теоретически рассчитанными спектрами ОП для идеально упорядоченных структур.

В первом разделе приведет спектры ОП сплава Со50А150 в упорядоченном и разупорядоченом состояниях (рис.1). Видно, что при переходе порядок - беспорядок происходят заметные изменения в оптической проводимости во всем исследованном диапазоне энергий. Спектры имеют довольно сложную структуру, поскольку являются суперпозицией вну-тризонного и полос межзонного поглощения, индуцированных оптическими переходами электронов между состояниями, леяащими ниже и выше уровня Ферми.Чтобы произвести корректный анализ изменений, происходящих в спектре ОП при разупорядочении сплава, вызываемых перестроением ЭЭС, в работе было сделано разложение спектров ОП на их составляющие, т.е. выделено внутризонное и полосы межзонного поглощения (рис.1). Суть произведенной процедуры заключалась в том, что минимизировалась функция

р (т)

Г1 ЛоэкспЧ>

где оэксп(ш)-набор экспериментально полученных точек; Доэксп(ш1)-погретность эксперимента; о'^ы^)- теоретически рассчитанный вклад в проводимость от электронов проводимости при 3=1 и от полос межзонного поглощения при 3=2,р; р-число полос в спектре.

В явном виде 0^(0^) имеет вид

(т) т

о :|(ы1 д—-щ- для 3=1 и (2)

(т) о р

о ^(и^Х^ехрМи^-и^г/т^} для 3=2,р. (3)

Выражение (2) представляет собой формулу Друде для проводимости свободных электронов в металле, если положить Х.,= П^/4% и у принять' за эффективную частоту релаксации электронов проводимости. Пр- частота плазмешшх колебаний. В (3) Х^ и со^ - интенсивность и положение максимума 3ой полосы поглощения; параметр, связанный с

- 7 -полушириной гауссианы Л^ следующим образом Л^ = где к принимает значения 1 и 2. Для описания полос межзонного поглощения была использована ассиметричнэя форма гауссианы : при < к=1, а при > (l)0J к=2, причем т^ >

димости пленок упорядоченного (а) и разупорядоченного (О) сплава Со50А150; составляющие их внутризонное и полосы межзонного поглощения и суммарные кривые составляющих (—).

В процессе подгонки параметров при минимизации функции (1) были получены значения плазменных частот Ор и частот релаксации 7 электронов проводимости для упорядоченной и разупорядоченной фаз сплавов. Примененная методика определения этих параметров отличается от традиционной том, что позволяет рассчитывать Пр и 7 в области сосуществования внутри- и мекзонного поглощения. При этом точность вычисления данных параметров определяется точностью учета вклада в ОП от межзонных переходов.

Во втором разделе третьей главы приведены спектры оптической продимости сплава СоСа, находящегося в равновесном упорядоченном и метастабильных разупорядоченных состояниях. Исследовались три вида образцов: кристаллические упорядоченные (со средним размером зерна 50 нм); кристаллические неупорядоченные (размеры зерен составляли 15 - 20 и 5 - 10 нм) и аморфные. Электронно-микроскопический анализ показал, что размер зерна в пленках коррелировал с параметром порядка сплава. Спектры ОП упорядоченных и неупорядоченных образцов были разложены на их составляющие, в соответствие с процедурой, описанной для сплава Со50А150, и вычислены микрохарактеристики электронов проводимости Пр и 7 исследованных пленок.

Также были проведены измерения электросопротивления разупорядоченных пленок сплава Со500а50 яри отжиге их от 150 до 500 К. В этом температурном диапазоне происходил переход беспорядок - порядок.

Упорядочение сплава и рекристаллизация пленок при нагреве приводили к снижению электросопротивления исследуемых образцов до трех четвертей от исходного.

Третья часть главы посвящена обсуждению полученных результатов.

Переход сплавов СоА1 и СоСа в разупорядоченное состояние влияет как на внутркэончое так и на межз.онное поглощение. При разложении спектров ОП на их составляющие для сплавов, находящихся в равновесном упорядоченном состоянии, на основе теоретических расчетов парциальных Екладов в мекзоннуы проводимость, удалось установить номера и участки энергетических зон, ответственных за основные особенности, наслюдаемые в спектрах. При анализе изменений, происходящих с внутркзонным и полосами межзоююго поглощения при разупорядочении сплавов оказалось, что чем ближе к уровню Ферми находятся состояния, ответственные за оптические переходы электронов, тем большему влиянии они подвержены. Б области межзонных переходов при разупорядоче-ении наблюдается уменьшение по интенсивности, уширение и смещение в сторону меньших энергий полос поглощения рассматриваемых сплавов. Такое поведение спектров ОП обусловлено уширением энергетических зон, формирующих межзонную проводимость и уменьшением энергетических интервалов между ними, что мы связываем с нарушением периодичности кристаллического потенциала и увеличением параметра решетки сплавов при разупорядочении.

Наиболее интересными являются изменения , наблюдаемые в инфракрасной области спектров, т.е. в области сильного внутризонного поглощения. Как в случае сплава Со50А150, так и в случае Со50Са50 при расчетах микрохарактеристик электронов проводимости оказалось, что с уменьшением параметра порядка частота плазменных колебаний резко падает, в то время как частота релаксации возрастает незначительно (табл.1). Это свидетельствует о том, что электросопротивление сплавов и оптическая проводимость в области больших длин волн при атомном разупорядочении в исследуемых сплавах падают за счет уменьшения подвижности, а не за счет увеличения частоты соударений электронов проводимости. Действительно, если Пр записать в виде

°Р = & 2 " ^ (4)

(суммирование ведется по всем состояниям аИ в кристалле объема П и ^аЕ ~ скорость электронов в состоянии аК), то видно, что частота плазменных колебаний прямо пропорциональна модулю скорости электро-

ное, приникавших участке е оптическом поглощении, и при ее пэдешш с уменьшением параметра порядка и размеров кристаллитов в образцах, очевидно, уменьшается и скорость электронов проводимости, т.е. падает их подвижность.

Табл.1. Микрохарактеристики электронов проводимости и удельное электросопротивление пленок сплавов С^о^бо и Со50Са50' находящихся в различных структурных состояниях.

СПЛАВ СОСТОЯНИЕ СРЕД.РАЗМЕР ЗЕРНА Пр.эВ т,ю-14с-1 р,10 60м-м

Со50А150 упорядоченный разупорядоч. 50 10-15 18,7 5,9 0,46 0,60 0,48 3,55

Со50Са50 упорядоч. (Т)1 ) разупоряд(т)2) разупоряд(т13) 50 15-20 5-10 22,7 22,3 16,5 0,50 0,50 0,52 0,51 0,60 0,82

Т1, >Т12>Т)3

В четвертой главе представлены и обсуждаются результаты измерений спектров ОП сплавов С'охСа1 _Х(Х=0,50; 0,52; 0,54; 0,59; 0,62), полученные в широком диапазоне температур с целью выяснения влияния на энергетический спектр электронов дефектов решетки и изменения магнитного состояния образцов.

Интерметаллическое соединение Со-Са с решеткой типа СзС1 существует в широкой композиционной области: 45 - 69 ат.% Со. При избытке атомов кобальта в сплавах по сравнению с эквиатомным составом, лишние атомы занимают узлы галлия. В таком положении они называются антиструктурными атомами (АСА). Количество и степень гомогенности распределения АСА Со зависят от состава сплава, способа его получения и термообработки образцов. Возникновение одного антиструктурного атома приводит к появлению в эквиатомной матрице сплава кластера кобальта из Э атомов. Взаимодействие между кластерами определяет, например, магнитные свойства сплавов. Из литературных источников известно, что сплавы СоСа начинают ферромагнитно упорядочиваться при гелиевых температурах при концентрации кобальта 55 - 56 ат.Я>. При дальнейшем увеличении содержания Со температура Кюри сплавов резко возрастает.

Интерес к исследованиям оптических свойств системы Со - Са обусловлен тем, что в области существования р-фазы можно выделить во-первых, сплавы с различной концентрацией дефектов и во-вторых, две группы сплавов, но претерпевающих и претерпевающих магнитное упорядочение парамагнетик-ферромагнетик с температурой Кюри в удобном с экспериментальной точки зрения температурном интервале.

Во втором разделе главы рассматриваются спектры ОП сплавов СохСа,(Х=0,50; 0,59; 0,62). При повышении содержания АСА Со с увеличением концентрации кобальта в сплавзх по сравнению с эквиа-Т0М1ШМ наблюдалось существенное возрастание оптической проводимости в районе 0,5-2 эВ. Учитывая то обстоятельство, что оптическая проводимость является величиной аддитивной к набору вкладов от различных структурных фаз в образце, избыточное поглощение в сплавах богатых Со можно связать с вкладом от кластеров Со в матрице эквиатом-иого состава Со-Са. Такое предположение подтверждается во-первых, практически полной идентичностью спектров разностей межзонного поглощения между спектрами сплавов СохСа1_х(Х=0,59; 0,62) и эквиатом-мным и спектром ОП 1ИУ-кобальта (рис.2) (ЭЭС кобальта в ГПУ-.ГЦК- и ОПК- фазах мало отличаются) и во-вторых, тем, что размеры группировок кластеров Со, рассчитанные из нейтронографических экспериментов, составляющие величины порядка 30 А, вполне достаточны для формирования основных черт ЭЭС этих частиц таких же как и в массивном Со.

В третьем разделе приведейы результаты измерений спектров ОП сплавов Со-Са с содержанием Со 50, 52, 54, 59 и 62 ат.% в интервале температур 150 - 610 К, измеренные для изучения влияния магнитного превращения ферромагнетик-парамагнетик в сплавах на их ЭЭС.

Образцы с содержанием Со менее 55 ат.» парамагнитны во всем интервале исследованных температур, в то.время как образцы, содержа-

Со0,620а0,38 к Со0.Б0(5а0.50 0 > И Со0,590а0,41 и Со0,50Са0,50(2>'

щив 59 и 62 ат.ж Со претерпевают фазовая магнитный переход ферромагнетик - парамагнетик в районе 370 К. Это значит, что при проведении температурных исследований оптических свойств пчрзой группы образцов должно сказываться только влияние темпоратури, а для второй группы возмогяо еще и наблюдение влияния магнитного превращения

В результате проведенных экспериментов показано, что существует совершенно определенная корреляция между положением максимума низко энергетической полосы поглощения в сплавах с различным содержанием Со при комнатной температуре и параметрами их решеток (рис.За) и что форма спектров ОП сплавов.как непретерпевающих так и претерпевающих магнитное превращение практически не изменяется с увеличением температуры. Это свидетельствует о том, что переход сплавов из ферромагнитного в парамагнитное состояние не влияет на ЭЭС сплавов Co-Ga, таким образом, чтобы это можно было непосредственно наблюдать при исследовании оптических свойств.

Но заслуживающим внимания является тот факт, что температурный ход положэния максимума низкоэнергетической полосы поглощения претерпевает излом в районе Тс для ферромагнитных сплавов (рис. 30). Это явление мы относим к избыточному над тепловым изменении оптических свойств за счет магнитного разупорядочеиия. Поскольку энергетическое положение максимумов низкоэнергетической полосы определяется в осноенсм величиной параметра решетки, то мы связываем наблюдаемый излом для ферромагнитных сплавов с аномалией теплового расширения при переходе через температуру Кюри в сплавах Co^Ga^ о Х-0,59 и 0,62. Такая аномалия хорошо известна как магнитообхемный'эффект.

Пятая глава посвящена исследованию оптических, магнитооптических и мапштных свойств слабых зонных форромагиотиков Шд/.l и Fe?P в широкой области температур.

Рис.3 Зависимость положения максимума низкоэнергетической полосы поглощения сплавов Co-Ga от состава (а) и температуры (б).

па рай. реи/. it/,,«

Соединения N1^1 и Ре2Р являются типичными слабыми зонными ферромагнетиками для которых характерными являются следующие свойства: значение парамагнитного момента значительно больше ферромагнитного, вычисленная по микроскопической теории температура Кюри оказывается на порядок выше ее экспериментального значения. Б настоящее время для этого класса веществ развиваются различные теоретические подходы, стремящиеся описать их магнитные свойства при конечных температурах. Суть практически всех современных представлений сводится к выходу за рамки модели самосогласованного (среднего) поля в теории Стонера путем учета коллективных возбуждений в системе электронов. Такими возбуждениями являются флуктуации спиновой плотности или спиновые флуктуации (СФ). Предполагается, что в парамагнитной области в некотором интервале температур существует динамический ближний магнитный порядок, т.е. пространственные корреляции спино-. вой плотности в течение довольно короткого времени, оцениваемого как 12~й/Тс~1СГ13с, которое, однако, значительно больше времени формирования локальной эле " кой структуры, характер-

электронные одночастичные состояния успевают подстраиваться под поле потенциалов, создаваемое флуктуациями спиновой плотности.

Оптическая и магнитооптическая методики чувствительны к локальной энергетической структуре металлов и сплавов. Их параметры фиксируют как бы мгновенное состояние ЭЭС в данный момент времени. Поэтому следовало ожидать, что измеряя оптические и магнитооптические параметры слабоферромагнитных сплавов в широкой области температур, включающей в себя ферромагнитное состояние, область с динамической корреляцией магнитных моментов и область, где моменты полностью разупорядочены, можно наблюдать изменения в локальной зонной энергетической структуре при изменении магнитного состояния образцов.

В первом разделе главы приведены результаты измерений намагниченности, спектров оптической проводимости и экваториального эффекта Керра сплавов N1^ 2А124 8 и Н177А123 в ШИР0К0Й области температур. Из экспериментов'по измерению намагниченности было установлено , что температуры Кюри исследованных образцов были равны соответственно 50 и 78 К и при расчете обратной магнитной восприимчивости было обнаружено, что в сплавах происходит также некоторое изменение магнитного состояния в районе 500 К. Измерения оптической проводимости показали, что ее энергетический спектр для исследованных сплавов имеет двухполосную структуру с максимумами полос погло-

ная величина которого

ширина зоны). То есть

ценил в районе 1 и 4 эВ. Причем низкоэнергетическая полоса обладает тонкой структурой,' которая полностью исчезает выше температуры по-

падающих квантов при различных температурах.

Для сплава в диапазоне 20 - 320 К было произведено из-

мерение температурной зависимости величины ЭЭК при энергии падающих квантов 4 эВ. Показано, что величина экваториального эффекта Керра при пер)еходе через Тс существенно не изменялась. Рост температуры приводил к монотонному уменьшению величины ЭЭК и исчезновению его, в пределах чувствительности экспериментальной установки, при температуре 320 К.

Во втором разделе главы представлены результаты измерений намагниченности, спектров оптической проводимости и экваториального эффекта Керра сплава Ре2Р в широких областях температур, а также полевые зависимости ЭЭК пря различных температурах образца.

о КО 2С0 ЗОС VsV s>7 ГЮО 7да Т.К

Рис.5 Намагниченность (М), обратная магнитная восприимчивость (Х-1) и величина ЭЭК (б) сплава Fe,P как функции от температуры.

В температурной области 100 - 300 К намагниченность сплава уменьшается в соответствие с законом для типичных ферромагнетиков. Температура Кюри была определена как максимум ¿МЛН и равнялась

Тс=290 К. В интервале температур 300 - 700 К на зависимости (Т) можно выделить два участка с различной крутизной и точкой перегиба при 630 К (рис.5) Выше этой температуры, иногда обозначаемой как Т3, парамагнитная восприимчивость подчиняется закону Кюри-Вэйсса. Зто вызвано изменением магнитного состояния образца з точке Тд.Из рис.5 также видно, что S(Т) при Фиксированной длине волны (1,24 эВ) монотонно уменьшается с температурой без каких-либо особенностей в Тс и спадает практически до нуля в точке т_.

Третий раздел посвящен обсуждению полученных результатов.

Результаты экспериментов анализировали с точки зрения общего подхода, учитывающего флуктуации спиновой плотности. Принимался во внимание факт существования СФ и их пространственных корреляций в некоторой, довольно широкой области температур, безотносительно к механизму их возникновения.- Ь этой области, как указывалось вше, одночастичные электронные состояния успевают подстраивзться под поле потенциалов, создаваемое "медленными" флуктуациями спиновой плотности. В флуктуирующем поле создается локальная зонная структура, основное отличие которой от исходной (при Т=0) состоит в том, что оси квантования разупорядочены в пространстве. Это разупо-рядочение растет с увеличением температуры и при переходе через точку Кюри, как в модели локализованных спиновых моментов, средняя по всему образцу намагниченность обращается в нуль, тогда как локальная спиновая поляризация в окрестности узлов решетки остается конечной. К тему же в работах Т. Мория показано, что при температурах, гораздо превышающих Тс существуют пространственные корреляции СФ спадающие, при малых значениях волновых векторов, с температурой подобно тому, как ведут себя кривые зависимости величина ЭЭК от температуры для NlgAl и Fe2P в наших измерениях (см. рис.5). Это может свидетельствовать о том, что магнитооптический экваториальный эффект Керра действительно чувствителен к локальной намагниченности, имеющей место в течение времени жизни спиновых флуктуаций. Таким образом, ход S(T) для сплавов NlgAl и Fe2P в парамагнитном состоянии отражает уменьшение динамических областей скоррзлированных .спиновых флуктуации.

Наличие особенностей в парамагнитной восприимчивости в сплавах NlgAl и Fe2P также связывается с динамическим ближним магнитным порядком, существующим в парамагнитной области до точки перегиба Ts на зависимости х-1(Т).

Анализируя спектры оптической проводимости сплавов NlgAl и Fe2P,

находящихся в различных магнитных состояниях необходимо иметь в виду, что ОП должна быть чувствительной к ферромагнитному состоянию и к локальной ЭЭС магнитоупорядоченых динамических микродоменов лишь при наличии заметной разницы обменных расщеплений заполненных и свободных зон, ответственных за оптические переходы. Такой случай реализовался в сплаве ИдА1.

Для объяснения спектральной зависимости ОП сплавов К175(2А124,8 и Н1Т7А12з были использованы литературные данные по расчетам оптической проводимости сплава 1113А1 в парамагнитном состоянии, а также ЭЭС, учитывающим спиновую поляризацию ферромагнитного состояния сплава. В первых из них, в частности, было показано, что полоса межзонного поглощения, расположенная в инфракрасной области спектра (см. рис.4) обусловлена переходами электронов меаду й-подобными зонами вблизи точек Г и X зоны Бриллюэна. А во вторых - что энергии обменного расщепления зон, мзжду которыми происходят переходы, формирующие эту полосу различаются на 0,11 эВ, что составило величину, близкую к спектральному расщеплению полосы (0,15+0,02 эВ), наблюдаемому в экспериментальных кривых оптической проводимости сплавов N1^2 2^24 8 и 1,177а1?3 до темшРатУР порядка 400 К.

Далее, учитывая, что расщепление исчезало при температурах близких к точке Тд, зафиксированной на зависимости х-1(Т) для исследованных И1-А1 сплавов', и его обменную природу был сделан вывод об исчезновении динамических ферромагнитных микродоменов в сплавах при Т0.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. В эквиатомных сплавах СоА1 и Сойа при атомном разупорядочении происходят изменения в спектрах оптической проводимости как в области межзонного так и внутризонного поглощения:

а) полосы межзонного поглощения уменьшаются по интенсивности, уширяются и смещаются в сторону более низких энергий, что свидетельствует об уширении энергетических зон, формирующих межзонную проводимость и уменьшении энергетических зазоров между ними; наибольшим изменениям подвержены зоны, прилегающие к уровню Ферми;

б)оптическая проводимость, обусловленная внутризошшм поглощением уменьшается в основном за счет падения частоты плазменных колебаний.

2. В области существования р-фазы в сплавах СохСа1_х,(Х=0,52-0,62) наблюдается дополнительное по сравнению с эквиатомным составом оптическое поглощение в районе 0,5-2 эВ, что обусловлено нали-

чмем малоразмерных группировок кластеров ОЦК-Со в матрице CoQ gGaQ

3. Переход ферромагнитных сплавов Co-Ga через температуру Кюри не сопровождается заметным изменением спектров оптической проводимости. Он сказывается лишь на температурной зависимости положения низкоэнергетической полосы поглощения, что обусловлено аномалией в температурном ходе параметра решетки при таком переходе.

4. Возможность наблюдения экваториального эффекта Керра в слабых зонных Ферромагнетиках NlgAl и Fe2P и расщепления низкоэнергетичес-ского гожа оптического поглощения в сплавах П175 gA124 8 и

в парамагнитной области температур вызвано существованием постранст-венных корреляций спиновых флуктуаций, которые разрушаются при температурах, значительно превышающих Тс.

Основные результаты опубликованы в работал: ЬВ.В.Немошкаленко, Е.Е.Красовский, В.Н.Антонов, Ю.В.Кудрявцев, И.Н.Мищенко. Межзонная оптическая проводимость CoGa.// ДАН УССР, 1986,сер.А,N7,с.50-54.

2.Ю.В.Кудрявцев, В.Н.Гримальский, И.Н.Мищенко. Автоматизированный эллипсометр для исследования оптических свойств металлических, пленок в широкой температурной и спектральной областях.//Тез. докл. VI Всес. конф."Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". Москва, 1986,с.242.

3.Ю.В.Кудрявцев,И.В.Лежненко,И.Н.Мищенко. Оптические свойства и электронная энергетическая структура пленок упорядоченного и раз-упорядоченного сплава Co50Al50.//îMM,JS87,63,N2,c.283-295.

4.Ю.В.Кудрявцев,И.В.Лежненко,И.Н.Мищенко. Взаимосвязь оптических свойств и структуры пленок сплава Co50Ga6Q.//Металлофизика,1987, 9,N4,с.68-74.

5.Ю.В.Кудрявцев.И.В.Лежненко,И.Н.Мищенко. Оптические свойства и электронная энергетическая структура пленок сплавов CoxQaI-X"//' Металлофизика, 1987,9,N6,с.27-30.

6.Ю.В.Кудрявцев,А.Г.Лесник,И.Н.Миценко,Я.Дубовик. Спиновые флуктуации в сплаве HlgAl.//Металлофизика, 1990,12,N6,с.88-90.

7.Ю.В.Кудрявцев,И.Н.Мищенко,Я.Дубовик,Е.А.Ганыиина. Спиновые флуктуации в слабоферромагнитных N1-A1 сплавах.//ФММ.1991,N5,с.48-52.

' 8.Yu.V.Kudryavtsev,I.N.Mlehchenlco,J.Pubowlk. Application of magne-tooptlcal spectroscopy tor Investigation ol spin fluctuations In ïe,P above Its Curie temperature.// Proc.Int.Conf."Inteniiag,92". SU lOuiB,USA,April 1992.