Аномалии физических свойств и инварных редкоземельных соединениях на основе железа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ПЕНИНА.ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ • ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ р Г Б ОД М.ВЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На пропах рукописи УДК 633.22.65:669.47

ГЛЕБОВА Ольга Дмитриевна

АНОМАЛИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В

ИНВАРНЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

01.04.11- физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

мосюза 1004

Работа выполнена в проблемной лаборатории физики магнитных явлений Иркутского гооударотвенного педагогического

института

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник В.А.-Домышев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор С.А.Никитин доктор физико-математичеокях наук, профессор А.С.Лилеев

Ведущая организация: Институт физики металлов УрО РАН

г.Екатеринбург

Защита диссертации состоится /3 ркЛСс^беЯ. 1994 г.

.¿-ЗО /

в /у час. на заседании специализированного Совета #3

ОФГТ Д.053.05.77/ в МГУ им.М.В.Ломоносова по адресу: 119899,

ГСП,Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет,

аудитория .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им.М.В.Ломоносова

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета Ю ОФГТ

/К.053.05.77/ В МГУ им.М.В.Ломоносова

кандидат физико-математических наук Т.М.Козлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ Ь1

Актуальность темы. Соединения редкоземельных металлов (, п ) с железом (ро) химического состава , т^Ре.,,, являются предметом пристального внимания исследователей, так как они обладают рядил аномалий физических свойств. Большая величина магнитострик-ции (А'10 ) в соединениях №62 позволяет их использовать в качестве магнитостршшионных преобразователей. Недавно обнаруженный инварннй эф^юкт (аномалия в поведении коэффициента теплового расширения) в интермет&ллических соединениях П2Ко,?(где й - тялелый редкоземельный металл - ТЕЗМ), подобный эффекту в Го-Н1 сплавах, дает возможность в будущем испальзовагья-гс сплавы на практике, как материалы с заданным коэффициентом теплового расширения. Кроне того, эти материалы являются прекрасными объектами для оценки существующих модельных представления, раскрывающих суть инварной проблемы в целом.

Однако, в настоящее время нет достаточного количества экспе риментальных работ по инварному эффекту в редкоземельных соединениях, это сдерживает практическое применение их и не позволяет сделать выводы о природе эффекта. Поскольку физические свойства сплавов РЗ.М с металлами группы железа (3(1) могут изменяться при переходе от цериевой подгруппы к иттриевой, а такге зависят от типа кристаллической структуры, актуальными явится исследования анварного эффекта в интерметаллических соединениях с легкими редкоземельными металлами (ЛРЗМ), такими как М ,Эт . Экспериментальные работы такого алана отсутствуют.

Привлечение особенностей пленочных интерметаллидов (снижение температур и сокращение времени гомогенизирующего отжига, быстрое протекание фазовых превращений, закрепление высокотемпературных фаз пра комнатной температуре), открывает широкие возможности дуй получения соединений Иг1*017» КРо2 (К-ЛРЗМ) з раз-•ных кристаллических модификациях и исследования их свойств.

Кроме этого актуальным является исследование инварного эффекта в зависимости от концентрации железа, а-также изучение магнитоупругих эффектов, спонтанной магнитострикции в интерчетал-лических соединениях на основа железа.

Цель работы заключалась в экспериментальном изучении аномалий в температурных и полевых зависимостях параметров кристаллической решетки, коэффициента теплового расширения, спонтанной магнитострикции и магнитострикции парапроцесса, дЭ - идЕ - эффектов в новом классе инварных соединениййРе2, й2Ре17(где й,-ЛРЗМ).

Объекту исследования : пленочные образцы, порошки соединений , 7 (где к - на , у ).

Научная новизн-ч роботы.-Обнаружены аномалии коэффициента теплового расширения ^с в соединениях НРв2,й2Ре17 - (й -11а ,5ш ). Найдено, что их коэффициент теплового расширения может изменять знак с положительного на отрицательный. Также установлено, что температурный интервал, где значения сС близки к нулю и остаются постояннымиого шире, чем в классическом инваре Ре-К1,

- Епервне получено и рентгенографически зарегистрировано наличие двух модификаций в соединениях н2Ре1?, где Р. - элемент цэриовой подгруппы - гексагональной5 структурного типа ть^а^к ромбоэдрической типа ть2вп^в массивном л пленочном образцах.

- зафиксирован структурный фазовый переход в этих соединениях в зависимости от условий термообработки, который влияет на магнитные, магнитострилционные и другие характеристики инварных соединений

- проведено рентгенографическое изучение спонтанной магнитострикции, элементов субструктуры в пленочных соединениях ирс2 »й^о.,^.

- установлена корреляция между основными параметрами атомной структура и магнитными свойствами изученных интерлеталлидов.

Практическая ценность работы. Практическая значимость представленных в диссертационной работе материалов определяется следующими моментами:

1. Наличие гексагональной модификации в соединениях й^Рв.^ (й -Н4 ,3ш ) дает основание полагать, что такая фаза существует в соединениях со всеми ЛРЗМ и необходимо учитывать ее влияние при анализе магнитных свойств.

2. Анализ экспериментальных данных по январи им аномалиям физических свойств интерметаллических соединений на основа Ре открывает новые возмошостп проверки теоретических представлений физической природы инварности. Л изучение структурного состояния и теп-

■лофизических свойств пленок мажет дать существенный вклад в решение инварной проблемы,

3. Полученные результаты указывают на возможность практического использования сплавов РЗГЛ на основе делаза как материалов с заданным значением коэффициента теплового расширения. Основные положения выносимые на защиту:

1. Результаты рентгенографического изучения фазового состава, структурных фазовых превращений, позволившие впервые установить существование высокотемпературной гексагональной фазы в соединениях йз^в^гда И - ЛРЗМ) в пленочных и порошковых образцах при комнатной температуре, и ее влияние на изменение магнитных свойств.

2. Результаты изучения температурных зависимостей параметров элементарных ячеек и аномалий коэффициента теплового расширения (1СГР), спонтанной магаитострикции в массивном и пленочном соединениях ЮЧ»2 И Н^'и^ •

3. Изучение каиштоуиругих дЗ - и дЕ - зф^ктов, линейной технической' магнитосгрикции и м^гнитострикции парапроцесса в пленках №02 , '

4. Экспериментальные данные величины элементов субструктуры а их связь с магнитными, магнитоупругшли свойствами нового класса ¡ш-

взрных материалов г | у *

5. Вывод ой общности физической природы ин парных аномалий в Р315-Ге со сплавами на основе Зс1-металлов (Ре-1и,г'а--Ра,Ре~?1}.

Апробация результатов и публикации. Материалы работы были представлены на ¡/.еждуна родных кон ¡Ь'зренцяях по магнитным свойствам редкоземельных сплавов (Болгары, 1932г.; Польша, 1934 г.), Международной конференции по магнетизму 1С?.!~88 (Парик, 1988 г.; Швеция, 1993 г.), докладывались на 1У,У Всесоюзных конференциях по крг.с-таллохйлик интерглеталлических соединений (Львов, 1933, 1589 г.), ХУ,ХУ1 Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Пермь, 1981 г.; Тула, 1983 г.), Всесоюзной семинара по магнетизму еодко-земельных снялвон "(Грозный, 19В8 г.), на Всесоюзной шкоге-оеиина-рв "Новые мчгнетнне материалы микроэлектроники" (Новгород, 1993г.; Астрахань, 1Э92 г.; Обнинск, 1994 г.), ча БсэроесвЕзккх соьэкэнп-. ях педвузов по физике магнитных накени.1 (Иркутск, 1051, 19^6, Т992 г.г.). По глатг'Г/-!ал:.гл диссертация опубликовано 12 нлучннх статвЗ в центральных пгу р;иш»х я трудах кок.узромггй*

.и л-пьои рааотн, Диссертационная работа иэлокв-. на lia i4V страницах машинописного текста и состоит из введения, трех "Лав с 40 рисунками и 17 таблицами, заключения и списка цитируемой литература из 160 машеноышШ.

С0Д2Рг«МВ РАБО'Ш

Ьо шипении обосноыпа актуальность темы исследования, сформулированы общая цель и я ада чи исследования, указаны основные по-Лййеиия а рэзультати ьшюолмьа на защиту.

Pspeaq гл^ед - odooр работ, в которих рассматриваются следути-цив вопроси: особенности фгрдароьаикя «агнитних свойств в сплавах PSM-Ге в отличал ог го-'Никгоров \< пробло?'«з шварнсотк. Кратко раосмотроии кристаллическая структура, разовые превращения в соединениях Rio2 a Rg^o^особенности поведения магнитного ишюнта, точек Кюри (Т ), [.згннтоулруглалС и лЕ - э#екги. Далее рассмотрены сущее,вукцае в литературе дишше по изучению наварных свойств в интерметалличосках соединениях на основе железа. Дани модельные представления дм объяснения иньарных свойств ь сплавах d - металлов на основа железа. Указано, что систематических исследований проблему шнмрностн в редкоземельных сплавах до сего времени не проводилось. Отмечено, что проблема инварности при рассмотрения редкоземельных соединении усложняется наличием бслео широких интервалов концентрации железа к точ»к Кюри я болыш.5 разнообразием кристаллических и магнитных структур, наличием областей компенсации.

Из обзора литературы вытечет, что влияние концентрации железа, тала кристаллической репетк га инварный з^ект, изучение ыагнигоупругих еффактоъ, спонтанной магнитострикцип требует дополнительных исследований. Необходимо выяснить многие нерешенные вопросы фазового состава, фазовых переходов в зависимости от темпера-тури и времени стлала. На основании провиденных экспериментальных работ возникает необходимость сделать попытку объяснить возникающие инварнне аномалия в рамках существующих теорий, которые ранее применялись к объяснении аналогичное свойств ь сплавах на основе d - металлов (l'o-Ntj iQ-ï'à,

Вот перечень основных проблем рассмотренных в обзорной главе, В конце глава сформулирована постановка задачи исследования.

Вторая главз диссертации оод?р"-:иг описание технологии получения массивных образцов и пленок пнтзрглвталлядсз и методов их исследования. Массивные пачикпиптатличрск'ло образин били папучены методом индукционной вксокочастотной плавки в среде контро-лящвмого по чистоте к давлению аргона. Пленки FX!-Fe толщиной 150 км до I мил получали методом дискет л ого "взрывного" испарения в вакууме 10"''тор исходной шихты, состоящей из смеси порошка компонент сплава, подаваемой путем виброподачи на раскаленный ЕШ19 температуры плавления металлов w - тигель и последующей конденсацией молекулярного пучка на стекчяннно, кварцевые и изотропные органические подложки типа ПМ-1.

Фазовый состав, параметры элементарных ячеек соединений РЗМ-Fe, коэффициент теплового расширения (КТР), спонтанную магни-тострикцига, элементы субструктуры, определяли с помощью рентгеновских дифракточетров ДРСН-2,0, ДР0Н-3,0 в фильтрованном Kj. -излучении железа, а также порошковой камеры РКД-57,3. Температурные зависимости параметров элементарных ячеек определяли с использованием серийных низко- и высокотемпературных приставок УРНТ-180, УВД-2500 к рентгеновскому дифрактомотру в интервала температур 77-1000 К. Параметры элементарных ячеек редкоземельных интерметал-лидов расчитывали методом наименьших квадратов о аналитической экстраполяцией к 2(9 =180°. Расчет межатомных расстояний (dpepe. djpe, djH) и числа ближайших соседей (и) был проведен с использованием комплекса программ "Структура". При обработке экспериментальных данных для вычисления параметров элементарной ячейки, характеристик субструктуры, атомной структуры использовалась ЭШ. Магнитные параметры пленок и массивных образцов измерялись на вибрационном магнетометре в полях до 40 кЭ в интервале температур от 77 до 800 К. Била создана специальная установка для измерения намагниченности пленочных и массивных образцов индукционным методом. Магнитострикция образцов измерялась интерференционным и тензомегрическим методами в патях до 17 кЭ.

В третьей глава приводятся экспериментальные результаты исследования фазового состава, фазовых превращений массивных и пле-. ночных образцовое., , n2Fe1?(R -на , Sn , г ) и их влияние на магнитные свойства. Исследованы температурные зависимости параметров элементарных ячеек, КТР соединений пгч,, П2Рв17, проведен расчет

1начспшк ононташюГ; капштострикции, магнитострикционнцх исказе-игй рошэтки этих соединений. Изучены магнитоупр/гие параметры в иенках соединении нге2 » 1 е 17 ' рассмотрены полевая зависимость линейной технической магнитострикции, дЭ - и дЕ-8ффекты в шшочнпх соединениях. Дана физическая природа шшэринх аномалий 5 соединениях яь'с^ . н^е.^ .

В перлом разделе третьей главы показано, что анализ дифрак-?огра»лл сплавов, полученных индукционной плавкой к резко закалэн-шх от температуры плавления однозначно указывает на иуществова-шв в пих ромбоэдр:гческсй фазы Б^Ге^ (г ) оо струэтурним типом

и наличиэ гексагональной фазы (ь ), соответствующей структурному типу Т]121И17с пространственной группойгб/шпо и парачэтра-ш элементарно;! ячейки О. =- В,490 А, с 8,300 А. Обычно тасуя структурную модгфикацшо имеют соединения нттриевой подгруппы. 5ами впервые установлено оушостиовчние гексагональной модификации з соединениях легсенх редкоземельных элементов па. ,3га с железом. Структурный* фазошй переход (ь ) (г ) влитых сплавах зафиксировать но удается даже посредством варьирования темпоратуры и зремени отжига. Показано, что при изучении образцов в виде дисперс-шх порошков и порученных из них пленочных конденсатов появляется 5ольше возможностей для исследования структурных фазовнх провра-цений. Так как с изменением размера образца вклад поверхности дня [вдового и структурного состояния становится существенным. Более развитая удельная поверхность исходных порогов и полученных из 1Их пленочных конденсатов способствует'усилению диффузной подвяж-юстп атомов и протеканию структурных превращений типа Т11?1и17

. Так уже поело отлита порошковых образцов, представяяю-цих собой смесь двух фаз (ь ) в (г ) в вакууме 10~7тор при 1173 К о течении шести часов происходит фазовое превращение, которое сопровождается изменением интенсиБностей основных рафчекссв, В результате второго дополнительного отжига наблюдается полный пере- , код (ь) -с (г), в пленочных конденсатах в за~

висимости от технологии получения: температуры подделах, степени вакуума, скорости осавденкя (ъг)<г.иссируется шоокотлшратурная ■додификация (ь) прч комнатной температуре сразу пссло получения. В случав пленок "Л>г)гег^оноипге технологические пагамзтрн следую-

текпорэтура подяокки Т^ -- 673 К, вакуум Р = 10"'тор, гГ - ЮСО А/сек.

Далее приведены результаты температурной зависимости удельной намагниченности (6Х) ■ -тих же образцов. Показано, что присутствие в образцах Зп^е^ гексагональной фазы увеличивает значений

Gs . Подтверждением наличия двух фаз в пленочных соединениях . 2ш2Ь'е 1 ^ о различающейся намагниченностью являются исследования пленок методом ферромагнитного резонанса. Представлены результаты измерения температурной зависимости элективной намагниченности

«УТ>. Дня пленок з.и^'е.^ (г + ь ) зависимость Мэ(Т) тлеет вид подобный тешературному ходу намагниченности для форришгнетиков. После отжига пленок образец становится однофазным Зш21'е17 (г ] а зависимость М.3(Т) имеет обычный войссовский вид. Можно прадполд-, гать, что в исследуемых пленках ¿>'и21''е17 имеет место $арро-и анти-ферромагяитнсэ взаимодгйствиз.

Во втором разделе третьей главы приведены результаты исследования температуршк зависимостей параметров элементарных ячеек пленочных а массивных образцов ш-е2 , ^-Д'^у (а - иа , ьа ), расчеты КТР. Как показано, шг.:а томнорагуры-мэгинтного упорядочения наблюдается аномальное поведение параметров а я с. ,а также атомного объема (V) элементарных ячеек соединений й-/е17 Их значения существенно отличаются от значений параметров элементарных ячеек экстраполированных из парамагнитной области. Для соединений м<ц?ег 31д1'е2 также наблюдается аномальное поведение параметра кристаллической решетки, но не столь значительное. Результаты исследования температурных зависимостей параметров элементарных ячеек образцов систем Зт-1'е , на-Уе позволили определить коэффициенты теплового расширения.

С целью сравнения, полученных данных значений КТР рентгенографическим методам, измерения КТР редкоземельных соединений на основе яелеза были также проведены дилатометрическим методом.

- На рисунке представлены для массивных образцов температурные зависимости коэффициентов теплового расширения (<*) соединений вш^е.^ (г). Зш2Ре17 (Ь), соединения ЗтЕе2 с ГЦК решеткой тала Мв0и2 я зшРв3 с ромбоэдрической структурой иша рц:а3 . Коэффициенты оС ниже Тс ведут себя аномально, их значения малы и дане отрицательны. Этот факт указывает на инвлрностъ изученных соединений. В области температур от 130 до 400 К коэффициент гС для ромбоэдрической модификации постоянен лиц изменяется от 0 но -0,5'1и~61Г1.

Если а образце преобладает гексогсиальная модификация, хо КГР возрастает но абсолютной ь&личшш н изменяется о г 0 до

Пт|Ц пг\т:п>->*.1!,ш 'г1*--1 г.^тит::; ггя \^

3,6 »10 При повышении температура и^шо Т КГР для обоих

модификаций меняет знак с отрицательного на палсаительный и возрастает линейно с температурой. С понижением концентрации-же-

- 0

—

с т *

3

! » * 4 «

с оо к" 1 * о с I»** со е^>Ссс а а

с

— ----э—

а ¡1 в к в

100

КЗ

и

Рис. Коэффициент теплового расширения с1 ь зависимости от температуры Т для соединения Зя^*'«.^,ромбоэдрической модификации (г ), снятые рентгенографическим методом (о) и дилатометрическим методом (с), соединения Зи01!-е1 гексагональной модификации (ь) - (с ). Для сравнения приводятся значения Соединений йаРе^Д ) И БагРе ^

леэа, в случае соединения ЗтРе3коэффициент«^ меняет знак с отрицательного на положительный и изменяется о? - 0,7 до - 4'КГ^к-1 при изменении температуры до 550 К. Соединение ЗтРв^о сравнении о Зт^'е^ не имеет сталь яркой аномалии в поведении °<~ , для него наблюдается плавно возрастающий'ход кривой оС (Т) со слабым эффэк-

•гш замедления в интервале температур 350-100 К. Изучено гакяо тепловоз расширенно пленке зи^е^ , Snfe2 . Показано, что в вакуумных конденсатах на величину K'iP будет оказывать алняниэ их субструктурныз особенности - это мшпш размер зерна, бсльиад степень микроисканений кристаллической решетки, что приводит к пони-нению значений КТР в пленках.

Появление инварного эффекта как б случае Pu-Ni сплавов, тан я в редкоземельных соединениях на основа келеза обусловлено тем, что обычное тепловое расширение компенсируется спонтанной магня-тострикцней (u)s) ниже температуры магнитного упорядочения данных соединений. Расчет (ц),) для всех изучонных соединений HgPo 1 ,j показал, что^ояа большая, и по своему численному значении равна (8-15) •Ю~<! при Т=0 К. Величина спонтанной магнитострикции соединений Й2Гап зависиг 07 тша кристаллической рзшетки. Для SogPe^ (h ) при Т-0 К uh почти в два раза больше, чем дал SbjFc^ (г ). При сравнении значений ijj гексагонального соедано-HiwSngie-jyco значениями £0( гексагональных соединений той яо стехиомотрки, но для других редкоземельных элементов (Dy , Но , Ег ) было обнаружено, что значения 10S примерно одинаковы, йто указывает на то, что вклад редкоземельной подршэткя в инварний эффект соединений Rgi'e,^ незначителен. Спонтанная мапш-гострикция, приводящая к инваршм аномалиям, в преобладающей степени обусловлена железной Зд-подрзшеткой.

В четвертом разделе третьей главы приводятся эксперт.-,ан-тальные результаты по изучению ыатаитоупрутих параметровдЗ- я йЕ~аффвхтов в пленках, так как для описания полного круга явлений, сопутствующих ¡шварности и тлеющих одну и ту яе физическую природу,.-такие исследования необходимы. Аномалии упрутих свойств в РЗМ-Гв как и вУе-Hi сплавах связаны с характером обменного взаимодействия и сильной зависимостью обманного интеграла от меа-атомных расстояний. ;

Изучена полевая зависимость технической линейной магаитсь. стракцил пленокSn-Pe. Для них характерно наличие парапроцесса особенно большого у Sai's2, что характерно для-инварных сплавов. Магнитострикция этих соединений отрицательна по знаку, а по своей величина превосходят магнитострикции инвара ot-d сплавов. Следует также отметить, что с увеличением концентрации Fa в система Sm-Pe

значения линейной технической магнитострикции уменьшаются. Пре тавленныа полевые зависимости технической Магнитострикции иосле Дуемых пленочных интеряеталлидов являются оригинальными. Подав-| лявщие число работ бшго посвящено изучению магнитострикции массивных образцов. Результаты измерения да-эффекта пленок к21'в17 указывают на аномальное поведение да -эффекта в области Тс. Па-рапроцесо при высоких температурах смещается в область слабых м, нитнцх полей и позволяет измерять дЭ-эффект в полях до 15 кЭ. Точка Кюри, определенная из л?-эффекта, уменьшается по сравнени о Т0 недеформировашшх образцов. Таким образом, под влиянием вн них упругих напряжений основные магнитные параметры пленок: намагниченность, точка Кюри претерпевают изменения, которые по ов ей абсолютной величине превосходят аналогичные эффекты в сплава январиого типа Ге-КА.Приводяхся данные по исследовании модуля Юнга Е ид В - эффекта душ соединений. Оценка относительног изменения модуля упругости при переходе от размагниченного состояния з намагниченное позволяет сделать вчвод о том, что д Е -аффект в исследованных редкоземельных сплавах на основе железа значительно превышает но своей величине соответствующий ему дЕ эффект в классических инварах.

В пят ад разделе третьей главы приводится объяснение инваг ных аномалий, возникающих в соединениях Р-Ре.

Основные экспериментальные результаты, полученные в работ •аномально низкий КТР соединениМш-'в2, К^Рв^ (Й-М ,3ш ) в широк области температур, большая величина их спонтанной магнитострдо цииг- аномальное поведение магнитоупругих дТ-, дЗ-и ДЕ - эффектов имеют одну и ту не природу. Бее они являются следствием спе - цифики обменных взаимодействий в этих соединениях, которые зав! сят от числа и вида атшных соседств железа и межатомных расстс

н?й ^вГе» ^еК»

Объяснение физической природы инварных аномалий в редкоземельных соединениях на основе аелеза проводится в рамках мод< ли локализованных моментов с применением теории молекулярного поля. Привлечение этой модели для объяснения аномалий в интер-металлйческих соединениях па основе железа обусловлено тем, чт! магнитный момент. Ге в значительной степени локализован на атомах железа. Кроме того, магнитный момент редкоземельных атомов

э локализован в силу экранировки 4г - электродов впекшими элект-амл. В рамках этой модели соединения Н-Ге рассматриваются как хпсдрелегочные магнетики. Подрешеп'-и ионов редкой з«ия и яеле-спязенш друг о другом обменным взаимодействием трех тшов ге-Ра,

»и-« . Обменное взаимодействиея-и самое слабое, так как э в чистых РЗ.М обусловливает низкие тектературч магнитного упрочения.

Нами било установлено, что величина кнварного эффекта завя-от типа кристаллической реоеткн в соединениях п2Ге17. Так для сагонального соединения Зш^е^аличина спонтанной магнито-икции (Ц) почти в два раза больше Ц ромбоэдрической (¡базы того соединения. Умеш-кение концентрации железа при переходе от ссе-ониязг^е-,-^ ЗтГэ^прлволит к понижению инварного эффекта, сввдетельстяует о том, что определяющим является обменное взая-.ействие между атомамигч-Х'е , а также о сильной зависимости ого межатомных расстояний и числя ближайших соседей.

Проведенный расчет меяатошшх расстояний (а ) в изученных динсниях с использованием комплекса программ "Структура" пока', что сакш короткие расстояния между атомами железа замещенной тельной парк в положениях Лт - А± для гексагонального соодяна-: Зл2Ро17 гЬ 2,324 А и для У21'е17(11 ) а= 2,327 X. Можно юрждать,.что расстояния между позициями 4г - настолько корст-I, что обменное взаимодействие между ними будет очень сильное ярэдатольнсо. Обменное взаимодействие между атомами железа в по-(11ЯХ 65 - 12к , 6г - 123 , Ш - ш ( (1= 2,455 - 2,525 А) 160 отрицательное'и значительно меньшее по сравнению с позяция-4* - 4* » Бо всех других положениях атомов железа обменное ¡ЕМ0Д8ЙСТ2И9 будпт под сжит ельнш ( А= 2,615 - 3,095 А).

Для ромбоэдрической фазы соединений Зт^е^ , расчет

1атомннх расстояний пмсазал, что расстояния в замещенной гантэль-5 парз атомов пелеза (позиция 6с-5о) несколько больше <3-2,418А » Зи2Ре17 п 2,456 А для ^гГе-|7> в соединениях гексаго-гьной структуры. Обменное взапмодейотвие в зоне' замещения вдоль зо?кях расстояний мозду атомами позиция 6о - 6с) будет

рицательнкм и относительно слабым. Во всех других позициях. хатогяше расстояния атсмот) железа увеличиваются и взашодчПствртт кду ш':ли будут ояльнь^и: п полажительгами.

П

Итак, межатомные расстояния Fe-Fe в позиции 4f - 4f являются более коротки.®, поэтому для них характерен прямой обмен, приводящий к антиферромагнптному взаимодействию. Инварный эффект в соединениях i^Fq^ ниже температуры магнитного упорядочения связывается с тем обстоятельством, что наряду с сильным положительным взаимодействием между атомами железа существует отрицательное взаимодействие в гантелях (4r - 4í ). Поз тог,ту при наличии ферромагнитного момента существование "скрытого антиферромагнетизма" приводит к раздвижению атомов гантели вдоль оси С на большее расстояние по сравнению с расстояниями между ними, когда в подрешетке отсутствует магнитный порядок.

Таким образом, физическая причина аномалий в редкоземельных соединениях на основе железа н-1'е как и в случае Fe-iJi сплавов, состоит в наличия смешанного обменного взаимодействия ( положительного-ферромагнитного и антиферромагнитного) в подрешетке железа и сильной зависимости обменных интеграллов от межатомных расстояний. А величина инварного аффекта будет зависить о того , в каком отношении находятся эти обменные взаимодействия между собой.

Максимальный, инварный эффект наблюдался нами в соединении Sm2Fe с гексагональной фазой, где отрицательное взаимодействие в1йодсистеме железа преобладает над положительным в силу более коротких межатомных расстояний Fe-Fe, что увеличивает степень перекрытия волновых функций Зй-электронов. При переходе к ромбоэдрической фазе численные значения для расстояний d ближайших соседей увеличиваются. Это ведет к уменьшению удельного веса антиферромагнитного обмена, что понижает инварный эффект На ослабление антиферромагнитного взаимодейотвия указывает также увеличение температуры Кюри, которая определялась из температурной зависимости намагниченности и параметров элементарных ячеек. Так дая SagTe^ (г ) температура Кюри Тс = 405 К, а для 8m¿e*17 (Ь ) Тс = 370 К.

По сравнении с R2Fei7 в соединениях KFe2 инварный эффект ослабевает, так как происходит увеличение межатомных расстояний Fe-Fe,уменьшается число атомных соседств, как видно из таблицы. В соединениях rf« магнитные свойства определяются не только обменными взаимодейот&иями между атомами ге-г«но существенен вкла

Тайлаиа

Связь магнитных параметров о атомной структурой антеряеталлидоз

оздкнения ^0? А С| Ра 2Н Среднее значение Л Ра./ч Т0.к !Тс а?

ЗаРо2 2,622 6 Б 1,46 700 1.2 3,5

ЗпзРо^ 2,518 7 5 1,55 657 4 ъ

2,418 10 2 1,93 405 -4,5

2,324 10 2 2,08 ' 370 15,8

г? о, 2,610 6 6 1,51 5Ь0 1.0 2,0

£Рв3 2,500 7 5 1,72 530 Д),3 2,8

/-Ра 'а 22 ¿,488 9 3 1,85 480 -1,2 4,0

£2Рв1? (г) 2,458 10 2 1,9? 12,3

£2Р®17 (ь) 2,32? 10 2 2,10 310 -4,7 13,5

2,600 12 - 1,40 553 -3,5 18,0

имачание: ¿рере - игнимальноэ межатшоо расстоянио мезду омшап Ге-1'е, - число атомов .адлэза в первой коодшшацион-й сфзрз, окружаащвх каздый атом железа, - число атомов дкоземалъного элемента, охруг.авщгх атом келзза, й^'лр- измене» :э температуры Кари под действием дааченкя ( IV къ&г"*1), ' онтанная магнатостргхщия при О К» Т0~ температура Кари.

оЗмешюги ьоа/3.!оды;с'гшя между подрешетками РЭЛ-Ге. На основании модели Ьрукса обменное взаимодействие между КЗМ-Гв осущест* ляегся но схеме 4Т - - Зс(, то есть с участием 5<^-электронов редкоземельного металла. За счет Зс1—5<1 гибридизации на ионе РЗМ возникает бй-ыагнитный момент. В соединениях большая концентрашш редкоземельного металла по сравнению с ^«17 » а расстояния между атомами Ре-Гвувеличивашся до <1 = 2,62/, при атом антиферрсмагнитнов взаимодействие ослабевает, а дополнительный вклад за счет косвенного взаимодействия между атомами Ее-Л обеспечивает ферромагнитное упорядочение. Это приводит к увеличению точки Кюри и снижению инварного аффекта.

В заключении третьей главы проведен общий анализ магнитш свойств соединений РЗМ-Ге и да1ш основные выводы по результата! диссертационной работы.

выводы

1. Впервые для нового класса инварных сплавовЮ'е- и

(Е- ЛРЗМ) изучены аномалии в температурных и полевых зависимостях параметров элементарных ячеек, КТР, спонтанной магнитострш ции, магнитострикнии парапроцесса, магнитоупругихаЗи а Е- эффек в массивных и пленочных образцах. Оригинальным результате*.! раб< ты является новизна подхода к объяснению полученных закояомерш тей в редкоземельных соединениях на основе иолеза, путегл сравн! ния ях с подобными аномалиями физсческих свойств, наблюдаемыми в.известных Ро-Нгинварных сплавах.

2. Впервые получена и рентгенографически зарегистрирован при комнатной температура высокотемпературная гексагональная м дификация с упорядочением по типу !£Ь2т17,которая существует на ряду с ромбоэдрической модификацией структурного тина 1'Ь22а17 в массивных (порошковых) образцах и пленочных■конденсатах ^^ (Р -на, Зш | х ) . Использование указанных образцов позволило з фиксировать структурный фазовый переход тина И12Н1Г(, "Ъ2гпу

3. Установлено влияние типа структурной модификации и ко центраикн келеза на инварннй эффект. Так каичилальннй инварны!; еффокт «абл вдамся для соединений г^Ра^Ц-я них КТР остается ¡!

яннш в строкой (130-400 К) температурной области, значение

с Т

'О порядка oí, = МО Г , причем в гексагонально!'; '/>эзе эффект i ражен более ярко. В соединениях rv®2 , обладающие меньшей юцентрацией Fe по сравнению с соединениями п^х а t 7 ""'прения КТР ляются положительными и более высокими, при этом, наблюдается ганно возраставши ход кривой oí(T).

4. Показано, что под влиянием внешних упругих деформаций ' = 4-10"^ изменяются значения намагниченности при резных тем-ipaTypax (дЗ -эффект) в пленках R2Fei7 ' ПР°ЛСХ0!1;!Т смещение >чек магнитного превращения в.область более низких температур. 1нные аномалия по свсэй величине превосходит - в 8 раз аналогич-te эффекты в инвзрных сплавах 35»i- Fe .

5. Дано объяснение физической природы аномалий тепловых, [ругих и магнитоупрутих свойств в интерметаллических соединениях i основе зелеза. Как и в случае Fe-Hi сплавов инварные эффекты ¡условшш изменением расстояний между атомами железа при воз-гкновении магнитного упорядочения в магнетике, обладающим емз-1пным обменным взаимодействием ( поясшгсельшм-фврромагнитннм. отряцательЕЫМ-аотяфзррсмагнитннм).

6. Установлено, что усиление инварного э>ффокта в ооелиниях HjFq^ (R- ЛРЗМ) при переходе от ромбоэдрической фазы гексагональной происходит за счет уменьшения межатомных расс-1яний в гантельной паре Fe-Fe . Это приводит к перэраопроделе-зо обменных интегрйллов, таким образом, что удальннй вес анти-¡рромагнитного обмена возрастает. Происходят усиление антифор-магнитного взаимодайствпя, па это же указывает сильное умень-низ температуры Кгэрп под действием давления. Учитывая это, ино предположить» что относительное усиление интенсивности 'ряцатолышх обменных взаимодействий обусловлено усилением ото-пя перекрытия волновых функций Зйгэлектронов блялайшпх соседей.

7. По сравнению с r2Fo17 в соединениях Hí>2 январный фокт ослабевает, в силу того, что межатомные раоезтоялиярс-го уно-чнваэтоя, е число блкяайпшх соседей уменьшается, в результате

чего вклад антиферромагнитного взаимодействия также уменьшается. В соединениях №егвозрастает ферромагнитный вклад за счет косвенного обменного взаимодействия между иодрешетками РЗМ-Ге, который осуществляется в основном через 5(3-31 гибридизацию.

8. Рентгенографическое изучение элементов субструктуры (областей когерентного рассеяния, микродеформации) редкоземельных вакуумных конденсатов позволило установить влияние структурных несовершенств на инварный эффект.

Можно утверждать, что субструктурние особенности пленочных конденсатов: малый размер зерна, большая степень микроискажений кристаллической решетки, в сравнении с аналогичными массивными материалам приводит к уоилению инварного эффекта в пленочных интерлеталлидах.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Глебова О.Д., Домышев В.А. Исследование фазовых превращений в соединениях R2?ei7 '^ Всесоюзное совещание по при-меценив рентгеновских лучей в научных исследованиях: Тезисы докл* доб - Черноголовка, 1982. - С.139.

2. Домышев В.А, Глебоьа О.Д., Апханов В.Б. Магнитострикцион-ные иокажения кубичеокой решетки пленочных интерметаллических соединений Ио?ег , ErFe2// Всесоюзная конференция по кристаллохимии ицтерметалличеоких соединений: Тезиоы докладов - Львов, 1983 - C.II0-III.

3. Домышев В.А., Глебова О.Д. Спонтанная объемная магнит о-стрикция пленочных интерметаллвдов // Всесоюзное ооващаниэ по физике магнитных явлений: Теаиоы докладов - Тула, 1983. -

С.278-279.

4. Любушкина Л.М., Домышев В.А., Апханов В.Б., Глебова О.Д. и др. Изменения параметра элементарной ячейки пленочных интерметаллидов КС2 //Известия высших учебных заведений "Черная метал лургия". - 1984. - »2.- С.54-57.

5. Домышев В.А., Глебова О.Д., Пурэв Б., Осипов А.Ю. Крис-

шичоскйя структура и магнитоупрутиа свойства инварных ооедине-aSiaE,e2fm2Pa|7//Tpyда института физика и математики АН МНР -35. - вып. #19. - С.127-138.

6. Домышев' В.А., Егоров С.Н., Глебова О.Д., Осипов А.Ю. гановка для исследования намагниченности индукционным методом Физика магнитных явлений: Межвузовский сборник научных трудов Яркутск, 1986 - ВЫП.Й23. - C.I26-I30.

7. Безносов А.Б., Еременко В.В., Глебова О.Д., Ушаков В.А., лышев В.А. Низкотемпературное инварное интерметаллическое эдинение 3mí'e2//Стали и сплавы криогенной техники: Темат. сбор-

í - Киев, ИЭС т. Патона - 1988, С.27-28. "

8. Глебова О.Д., Домышев В.А. Фазовый состав и спонтанная гнитострикция соединений RgPe ^/Структура и свойства магнит-

с материалов: Межвузовский сборник научных трудов - Иркутск, 38. - С.3-8.

9. Глебова О.Д., Любушкина Л.М., Бузевнч Г.И. Особен-5ти процессов кристаллизации высоксмагнитострикционных шхе-шых интерлеталлических соединений Sa-Pe- //У Всесоюзная кон-?енция по кристаллохимии интерметаллических соединений : Те-;ы доклада - Львов, 1989. - С.125.

10. Гдебова О.Д., Домышев В.А., Басаргин О.В.< Захаров А.И. итенографическов изучение фазового состава и коэффициента одического расширения соединения Sn2Pe1y'<ft!M. - 1989. - Т.68, 1.3. - С.605-607.

11. Домышев В.А., Глебова О.Д., Лобанов В.В., Егоров В,А., юевич А.Г. Влияние текстуры на величину спонтанной магнито-?икции соединения TaUyFeg //XII Всесоюзная школа-семннар

)вые магнитные материалы микроэлектроники: Тезисы докладов-огород, 1990. - ч.I - C.I28-I29.

• 12. Глебова О.Д., Любушкина Л.М"., Домышев В.А. Влияние зуктурных факторов на тепловое расширение сплавов Яй-Ге, Sm-Pe Физика магнитных материалов: Респ.ыеавузовский сборник - Ир-:к, 1993. - 0.52-56,