Исследование магнитных свойств и сверхтонких взаимодействий в нанокристаллических сплавах на основе Ni-P и Ni-B тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

^бсанскии ордена ленина, ордена октябрьской

ре^с^^еШ^и ордена трудового красного знамени

государственный университет имени м.в. ломоносова

Физический факультет

На правах рукописи

Чжан Цзянгао

исследования магнитных свойств и сверхтонких взаимодействий в нанокристаллических сплавах на основе №-р И мьв

01.04.11 - физика магнитных явлений

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва -1998

Работа выполнена на кафедре общей физики для естественных факультетов

физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор II. Н. Стеценко. кандидат физико-математических наук, с.н.с. Г. Е. Горюнов.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

с.н.с. Б. К. Пономарев, кандидат физико-математических наук доцент В. Н. Прудников.

Ведущая организация: Институт 'физической химии РАН.

Зашита диссертации состоится " Г7 " декабря 1998 года в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета К.053.05.77 в МГУ им.М. 13. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП, Воробьевы горы, МГУ, Физический факультет, аудитория СФА

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

Автореферат разослан " 3 " декабря 1998 года

Ученый секретарь

диссертационного совета К.053.05.77 в МГУ им.М. В. Ломоносова кандидат физико-математических наук

1М

1С

.чотелькикова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современной физике твердого тела весьма актуальной проблемой является систематическое изучение свойств нанокристаллических сплавов, которые обладают очень широким спектром возможностей их технического применения. Замечательные фундаментальные свойства этих сплавов обусловлены, как правило, соответствием линейных размеров кристаллитов и эффективной протяженностью взаимодействий между ними, а также проявлениями низкоразмерного магнетизма. Большую важность имеют также вопросы, связанные с изучением влияния растворенных легких атомов (Н, В, N. Р и др.) в магнитных матрицах, в результате чего в значительной мере улучшаются магнитные характеристики этих матриц.

Изучение магнитных сплавов и соединений с фазами внедрения и замещения способствует выяснению важных фундаментальных проблем: таких как определение механизмов прямых и косвенных обменных взаимодействий, влияния внедренных и замещающих легких атомов на локальные магнитные моменты ионов переходных и редкоземельных металлов и др. Для этих целей актуально исследование бинарных твердых растворов внедрения и замещения (в частности В и Р), однако возможности таких исследований ограничиваются крайне малыми растворимостями В и Р в сплавах, полученных традиционными методами.

В диссертационной работе был проведен синтез сплавов Ре и № с В и Р методами химического осаждения. В равновесном состоянии эти элементы практически не обладают взаимной растворимостью, однако, применение методов химического осаждения для синтеза этих сплавов позволило получить однофазные образцы в состоянии метастабильного твердого раствора в широком диапазоне концентраций. Очень существенное значение имеет тот факт, что в определенных областях концентраций метастабильные твердые растворы в состоянии непосредственно после их осаждения представляют собой ультрадисперсную структуру, с размерами кристаллических зерен, соответствующих нанокристаллическому состоянию. Выбор соответствующих технологических параметров химического осаждения дает возможность существенным образом варьировать фазовое состояние данной системы сплавов. Эти изменения фазового состояния приводят к значительным изменения температур Кюри и вида температурной зависимости намагниченности в критической области температур.

В диссертационной работе проведены:

1) синтезирование методами химического осаждения сплавов Мюо-хРх, (Х=2,40-8,59ат.%Р) и №Ш.ХВХ!( Х=1,61-22,60 ат.%В ), представлявших собой метастабильные твердые растворы.

2) экспериментальное исследование особенностей магнитных фазовых переходов в гомогенных тонких магнитных пленках сплавов №шо-хРх и №юо-хВх,

3) измерения петель гистерезиса при комнатной температуре в статических магнитных полях до 30 кЭ.

4) измерения температурной зависимости намагниченности в диапазоне температур от 5 К до 770 К.

5) измерения спектров ядерного гамма-резонанса на ядрах Бе57 в сплавах ЬП-Ре-Р и №-Ре-В при комнатной температуре.

Цель работы. Основные цели диссертационной работы заключались г следующем:

1. синтезировать методом химического осаждения метастабильные однофазные твердые растворы на основе сплавов М-Р и №-В.

2. провести исследования структуры и фазового состояния сплавов М-Б и №-В методами рентгеновской дифракции и определить параметры решеткг и размеры кристаллитов сплавов.

3. изучить процессы намагничивания и перемагничиванш нанокристаллических сплавов на основе №-Р и №-В в диапазоне температу{ 5ч-800К и в стационарных магнитных полях до ±30кЭ. Определить основньк магнитные параметры сплавов: спонтанную и остаточную намагниченность коэрцитивную силу, степень прямоугольности петель гистерезиса I зависимость их от концентрации Р и В.

4. провести измерения спектров ядерного гама-резонанса на ядрах Бе57 1 нанокристаллических сплавах №-Ре-Р и №-Ре-В и рассчитать магнитны! сверхтонкие поля на этих ядрах. Определить значения локальных магнитны: моментов ионов Ре и построить функцию распределения вероятности эти: моментов в сплавах №-Ре-Р и №-Ре-В.

5. Изучить особенности магнитных фазовых переходов ] нанокристаллических сплавах на основе №-Р и №-В с помощью измеренга температурной зависимости намагниченности в слабых магнитных полях Определить температуры Кюри сплавов и их концентрационные зависимости * 6. провести термомагнитную обработку сплавов и исследоват изменения структуры, фазового состояния и магнитных свойств №-Р и N¡-6 процессе распада метастабильного твердого раствора.

Научная новизна работы.

1. Методами химического осаждения синтезированы тонкие пленк: сплавов №-Р и №-В, №-Ре-Р и №-Ре-В и проведены исследования и структуры и фазового состояния. Установлено, что в исходном состояни сплавы представляют собой метастабильные однофазные твердые растворы размерами кристаллитов 7-15 нм и, следовательно, находятся нанокристаллическом состоянии.

2. проведены изучения петель гистерезиса в сплавах на основе №-Р и N В в полях до ±30кЭ при температурах 5 и ЗООК с помощью СКВ И/ магнитометра и компьютеризированного вибрационного магнитометра.

3. Установлено, что для нанокристаллических сплавов форма петел перемагничивания соответствует суперпарамагнитному состоянию-

центральной части они представляют собой почти линейные эезгистерезисные кривые с очень малой остаточной намагниченностью и толем насыщения свыше 2 килоэрстед. При перпендикулярной ориентации намагничивающего поля относительно плоскости образца перемагничивание нанокристаллических сплавов осуществляется посредством процессов эбратимого вращения однодоменных частиц анизотропной формы.

4. По данным измерений спектров ядерного гамма-резонанса на ядрах Ре37 в сплавах №-Ре-Р и №-Бе-В рассчитаны сверхтонкие магнитные поля на этих ядрах и определены локальные магнитные моменты ионов Ре для различных атомных окружений. Восстановлены функции распределения зероятности локальных магнитных моментов ионов Ре.

5. Обнаружены тепловые аномалии на температурной зависимости намагниченности нанокристаллических сплавов №-Р в области магнитных разовых переходов, которые могут быть обусловлены тем, что для нанокристаллических структур магнитный фазовый переход при ипределенных условиях может иметь характер фазового перехода первого эода.

Научно-практическое значение полученных результатов.

Нанокристаллические сплавы в настоящее время являются основой для многих магнитных материалов с очень широким спектром практических применений. Очень важной проблемой является разработка и /совершенствования методов получения нанокристаллического состояния и «учение их температурной стабильности, Полученные в диссертации данные эб особенностях процессов намагничивания и перемагничивания нанокристаллических магнетиков имеют большое значение для понимания ¡акономерностей формирования нужных магнитных свойств наноструктурных материалов.

Большую практическую ценность имеют нанокристаллические сплавы на основе №-Р и №-В в качестве перспективных материалов, обладающих высокими значениями магнитосопротивления. В этом аспекте значительный научно-практический интерес представляют результаты о значениях юкальных магнитных моментов ионов Ре в сплавах №-Ре-Р и №-Ре-В и о распределении их по неэквивалентным кристаллографическим позициям с различным атомным окружением.

Апробация работы. По материалам диссертации были сделаны доклады 1а Всероссийской конференции " Применение ядерно-физических методов в магнетизме и материаловедении" ( Ижевск, 1998) и на XVI Международной лколе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1988).

Публикации, по материалам диссертации опубликована 3 печатных заботы, две статьи приняты в печать.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и ;писка цитируемой литературы. Содержание диссертации изложено на 164

5

страницах, включающих 69 рисунков и 9 таблиц. Список цитируемо] литературы включает 115 наименований.

Н.Содержание диссертации.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы сформулированы ее основные цели и задачи, кратко охарактеризован! содержание диссертации по главам.

Первая глава представляет собой обзор литературы. В ней обсуждаютс; диаграммы фазового состояния бинарных систем Ni-P и Ni-B рассматриваются результаты работ по исследованиям изменений структуры у фазового состояния исходных метастабильных твердых растворов Ni-P и Ni-E при изменениях состава сплавов и после соответствующих термообработо! Детально анализируются результаты исследований магнитных свойсп метастабильных сплавов Ni-P и Ni-B как в кристаллическом , так и i аморфном состоянии при концентрациях Р и В, соответствующих областям ферромагнитного (х<хс ) и парамагнитного состояния (х>хс) . Особое внимание уделялось роли структурных и магнитных неоднородностей приводящих, в частности, к суперпарамагнитным состояниям сплавов. Е ферромагнитной области анализ проводился в рамках модели Эдвардса-Стонера-Вольфарта с рассмотрением диаграмм Белова-Аррота. При обсуждении характера и распределения магнитных неоднородностей е сплавах Ni-P были использованы результаты измерений ядерного магнитного резонанса на ядрах Р31, а проблемы ближнего магнитного порядка в аморфных сплавах и закономерности процессов кристаллизации анализировались с помощью данных измерений ядерного гамма-резонанса (ЯГР) на ядрах Fe57 в сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B. Рассматриваются также некоторые теоретические модели, описывающие электронную структуру и магнитные свойства сплавов Ni-P и Ni-B, в частности поведение плотности электронных состояний на уровне Ферми при изменениях концентрации металлоида в сплавах. При этом использовались результаты измерений электронной теплоемкости при низких температурах.

Вторая глава посвящена методическим вопросам. Приводится описание компьютеризированного вибрационного магнетометра, который был создан в Проблемной лаборатории магнетизма МГУ на базе автоматического программно-управляемого магнитометрического информационно-измерительного комплекса. Чувствительность магнитометра составляла 2-10"6 Гс-см3, измерения проводились в диапазоне температур 300+1000К и внешних магнитных полей ±15кЭ.

Приводятся также данные СКВИД-магнитометра: чувствительность 10"8 эме/г, диапазон температур 5+300К, диапазон внешних магнитных полей ±30кЭ.

Измерения спектров ЯГР проводились с помощью спектрометра, работающего в режиме постоянных ускорений и созданного в Проблемной лаборатории магнетизма МГУ. Нелинейность развертки по времени не превышала 0,3%, в качестве источника использовался Со57 в Шт В спектрометре используется плата АссиБрес, представляющая собой высокоскоростной многоканальный сканер, которая позволяет использовать в спектрометре мощную компьютерную технику и резко повышает эксплуатационные качества спектрометра. Скорость накопления данных может достигать ЮОмГц при числе каналов-1024.

Одним из очень важных факторов, обеспечивающих эффективное использование методов ЯГР является использование адекватных способов математической обработки экспериментальных мессбауэровских спектров и, главным образом, методов восстановления функции распределения сверхтонких магнитных полей на ядрах -Р(Нкг). В диссертации применялась оригинальная методика восстановления функции распределения Р(Ны), в которой используется представление основного функционала в аналитическом виде как суммы некоторого числа лоренцианов. Для минимизации функционалов использовалась программа РЦМПЛ, адаптированная к нашей задаче и к работе с используемыми ЭВМ.

Далее, во второй главе описывается методика определения размеров частиц по ширине линий на рентгеновских дифрактограммах, основанная на методе Селякова-Шерера[1] и, наконец, методика синтезирования пленок сплавов №-Р и №-В , №-Ре-Р и №Ре-В путем их химического осаждения из водных аммиачно-цитратных растворов, Анализируется влияние основных факторов в процессе осаждения на свойства получаемых сплавов. Были синтезирована образцы сплавов №]00-хРх ( Х=2,40-8,59ат.%Р); №юо-хВх,( Х=1,61-22,60 ат.%В ), №Шо-х-уРеуРх (Х=2,6 и 2,9ат.%Р, У=22,6 и 24,6ат.%Ре), №то-х-уРеуВх (Х=16,1; 26,3; 24,8ат.%В, У=18,6; 7,1; 9,0ат.%Ре).

В третьей главе представлены экспериментальные результаты, полученные в диссертационной работе и их обсуждение. *

В параграфе 3.1 изложены результаты исследований структуры и фазового состояния методами рентгеновский дифракции. В результате исследований проведенных на рентгеновском дифрактометре " ДРОН-ЗМ" было установлено, что в исходном состоянии сплавы представляют собой метастабильные однофазные твердые растворы на базе ГЦК- решетки N1. Как правило, наблюдались два значительно уширенных рефлекса (111) и (200), по которым и были рассчитаны параметры решетки. Размеры кристаллитов определялись по методу Селякова-Шерера, в котором основным измеряемым параметрам являлась полуширина соответствующих рефлексов. Было установлено, что в исходном состоянии размеры кристаллитов в сплавах №-Р и N¡-6 составляют 7-15 нм, следовательно, сплавы обладают нанокристаллической структурой. Параметр решетки метастабильных твердых растворов №-В монотонно убывает с ростом концентрации В, что

свидетельствует о высокой интенсивности межатомных взаимодействий в сплавах, содержащих бор.

После термомагнитной обработки, заключавшейся в нагреве с линейным возрастанием температуры от 300 до 800 К в течение 30 мин. во внешнем стационарном магнитном поле 500Э и последующем охлаждении до 300К в тех же условиях, в сплавах Ni-P и Ni-B наблюдался распад метастабильных твердых растворов с выделением парамагнитных соединений Ni3P и Ni3B соответственно.

В сплавах_с высоким содержанием Р и В в исходном состоянии на дифрактограммах наряду с когерентными рефлексами наблюдались и широкие гало, что свидетельствовало об их смешанном аморфно-кристаллическом фазовом состоянии. Для сплавов Niioo-xBx с максимальным содержанием В (Х=17,3 и 22,6 ат.%) на рентгенограммах отсутствовали когерентные рефлексы и сплавы являлись рентгеновски аморфными. Для этих сплавов на кривых дифференциальной сканирующей калориметрии наблюдался интенсивный максимум при температурах кристаллизации.

Параграф 3.2. содержит результаты измерений магнитных свойств сплавов Ni-P и Ni-B в нанокристаллическом состоянии и после термомагнитных обработок. Проводились измерения кривых намагничивания и петель гистерезиса при температуре 300 К, в полях ±15 кЭ на вибрационном магнитометре и при температурах 5 и 300 К в полях ¿30 кЭ с помощью СКВИД-магнитометра.

На Рис. 1 приведена петля гистерезиса и кривая намагниченности сплава Ni +2,89 ат. % Р в нанокристаллическом состоянии (кривые 1) при температуре 300 К. На Рис.1, а приведены полные петли гистерезиса, а на Рис.], б-их центральные части. Для этого состояния кривые представляют собой очень узкую, почти линейную по полю (до полей ~ 1000 Э) петлю гистерезиса с очень малой остаточной намагниченностью (Jr=21 Гс, Jr/Js=0,06)). Насыщение при комнатной температуре наступает довольно резко в полях свыше 1000 Э и восприимчивость парапроцесса имеет очень малое значение. Такое поведение магнитных характеристик сплава №+2,89ат.%Р может быть обусловлено его суперпарамагнитным состоянием. По-видимому, соотношение концентрации компонент, а также размеров (~7 нм) и формы кристаллитов обусловили благоприятные условия для реализации этого состояния. Описанная форма петель гистерезиса характерна для большинства сплавов Ni-P и Ni-B в нанокристаллическом состоянии. Аналогичные результаты были получены также и при измерениях при 5 К, в полях ±30 кЭ, выполненных на СКВИД-магнитометре.

Существенное изменение характера процессов перемагничивания произошло после термомагнитной обработки сплава (кривые 2 на Рис.1 а, и 1 б). Петля гистерезиса приобрела "классическую" форму - насыщение достигается уже в полях -150 Э, степень прямоугольности Jr/Js=0,74, т.е. возросла в 12,3 раза, а значение Jr увеличилось в 16 раз. Спонтанная намагниченность возросла при этом на 25 %. Эти изменения магнитного

состояния сплава обусловлены процессами распада метастабильного твердого раствора с выделением, преимущественно, парамагнитного соединения №3Р и коагуляцией кристаллитов. Рост спонтанной намагниченности является следствием уменьшения содержания Р в твердом растворе при выделении более богатой фосфором фазы N¡3?. Аналогичные изменения магнитного состояния в процессе термомагнитной обработки наблюдались практически для всех сплавов №-Р и N¡-3.

Интересные особенности процессов перемагничивания

нанокристаллических сплавов №-Р и №-В проявляются при перпендикулярной ориентации намагничивающего поля относительно плоскости образца. На Рис.2 а и 2 б представлены кривые перемагничивания сплава N1 + 3,02 ат. % В, измеренные при температурах 5 и 300 К в полях ± 30 кЭ с помощью СКВИД-магнитометра при перпендикулярной ориентации намагничивающего поля и плоскости образца. Приведенная форма петли гистерезиса полностью соответствует процессам вращения однодоменных частиц при перпендикулярной ориентации магнитного поля и легкого направления одноосной анизотропии. Естественно, что в данном случае направление легкого намагничивания лежит в плоскости образца. Размеры кристаллитов по данным рентгенографических исследований составляют ~7 нм, что может обуславливать их практическую однодоменность, а одноосная анизотропия может являться следствием большой анизотропии формы кристаллитов и их соответствующей ориентацией. Намагничивание и перемагничивание в этом случае идут практически полностью за счет процессов обратимого вращения, что подтверждается очень малым (.1г=3,5 Гс) значением остаточной намагниченности. Аналогичные петли гистерезиса наблюдаются также и для других нанокристаллических сплавов №-Р и N¡-6. При увеличении содержания Р или В в сплавах, характер процессов перемагничивания изменяется. Форма петли гистерезиса свидетельствует о том, что в этих сплавах обратимые процессы вращения уже не являются^ определяющими при их перемагничивании. Существенную роль, по-видимому, играют процессы смещения доменных границ, причем величина магнитной анизотропии является значительной, особенно при температуре 5 К. Об этом свидетельствует тот факт, что магнитное насыщение в этих условиях достигается лишь в полях порядка 15 кЭ, а коэрцитивная сила для сплава N1 + 7,38 ат. % Р достигает 610 Э.

В параграфе 3.3 изложены результаты измерений магнитных свойств и спектров ЯГР на ядрах Ре57 тройных сплавов №юо-х-уРехВу, где Х=16,1, 24,6, 26,3 ат. % В, У=18,6, 9,0, 7,1 ат. % Ре и №10о-х.уРехРу, где Х=2,6 и 2,9 ат. % Р, У=22,6, 24,6 ат. % Ре.

Рентгеиоструктурный анализ сплавов №-Ре-В установил наличие линии (002), соответствующей ГЦК-твердому раствору Ре-М и линий (220) и (401), соответствующих тетрагональной фазе (№ч.,\Рех)В. На Рис.3 а представлен спектр ЯГР на ядрах Ре57 для сплава Мбб^Ре^оЕЫб измеренный при комнатной температуре. Математическая обработка экспериментальных

спектров позволила восстановить функцию распределения сверхтонких поле на ядрах Рез7-Р(Ньг) и рассчитать среднее значение Нм. Для определен* связи между Нм и локальными магнитными моментами ионов Ре бы; использовано эмпирическое соотношение, предложенное в работе [2] д> сплавов:

Ны=90цРе+13(№е)3

С использованием этого соотношения и на основании функци распределения Р(Ньг) была построена функция распределения вероятное! для локальных магнитных моментов ионов Ре Р()%), приведенная на Рис.3,' Максимум в районе 0,5 цв соответствует цре для ионов Ре, находящихся узлах ГЦК-ТБеРД0Г0 раствора Ре-№,а максимумы с высокими значениями р определяются неэквивалентными положениями ионов Ре в решета тетрагональной фазы (№з_хРех)В. С помощью функций распределения Р(Нь и Р(рке) были рассчитаны средние значения Нм и ^е, приведенная в Таблиг вместе со значениями определенными по данным магнитных измерений.

Таблица

Спонтанная Среднее Средн. магн.

Состав сплава намагниченность значение момент ионов

^(Гс) СТМП Н^кЭ) Ре-^ре(й-в)

Ni66.3Fe1s.6Bi6.! 285,3 159 1,93

№б6.4ре9.оВ24,6 118 100,1 0,98

№бб.бРе-пВ2б,з 80,4 78,8 0,8

№72.5ре24.бВ2,9 490 271 1,97

№74.8ре22,бР2.6 450 268 1,93

Аналогичные результаты были получены также при измерениях спектро ЯГР и магнитных свойств сплавов Кнсо-х-уРеуРх- На Рис.4, а и представлены- экспериментальный спектр ЯГР на ядрах Ре57 и функци распределения Р(рре) для сплава №72^24,6Р2,9- Значения соответствующи параметров приведены в Таблице. Общие закономерности поведени сверхтонких и магнитных параметров сохраняются.

Параграф 3.4 посвящен результатом измерений температурно: зависимости намагниченности сплавов М-В и №-Р в слабых магнитны: полях и анализу особенностей магнитных фазовых переходов нанокристаллических материалах.

Измерения температурной зависимости намагниченности проводились диапазоне температур 5-300 К с помощью СКВИД-магнитометра и : диапазоне 300-800 К с помощью вибрационного магнитометра. Величин стационарного внешнего магнитного поля при измерениях составляла 500 3 Температура Кюри определялась линейной экстраполяцией с участк наиболее крутого спада намагниченности на ось температур.

Рис.5 а представляет кривую температурной зависимост] намагниченности для сплава №+2,13ат.%В в исходном нанокристаллическои

состоянии (кривая ])и после термомагнитной обработки (кривая 2). Для нанокристаллического состояния на этой зависимости отмечается аномалия в районе 400 К, характерная для всех сплавов с содержанием бора менее 3 ат.%. Причина этой аномалии может заключаться в проявлении эффекта Гопкинсона, когда с ростом температуры интенсивно уменьшается магнитная анизотропия, что приводит к увеличению намагниченности в относительно слабом внешнем магнитном поле. Не исключено также, что при температурах выше 400 К в этих сплавах начинаются процессы распада метастабильного твердого раствора, приводящие к росту суммарной намагниченности сплава. С увеличением содержания бора температура Кюри падает и для сплавов' N¡+17,3 и 22,6 ат. % В, являющихся в исходном состоянии рентгеновски аморфными, значения Тс оказываются значительно ниже комнатной температуры и составляют 230 и 80 К соответственно. После термомагнитных обработок температура Кюри N¡-6 значительно повышается и ее убывание с ростом содержания бора в сплаве не столь интенсивно.

Характерной особенностью температурной зависимости сплавов №-Р в исходном нанокристаллическом состоянии является пологое, почти линейное убывание намагниченности в очень широком интервале температур (-200-250 К). Как отмечалось выше характер петель гистерезиса этих сплавов свидетельствует об их суперпарамагнитном состоянии, для которого возможна также значительная дисперсия обменных взаимодействий для различных частиц, что и приводит в силу магнитной неоднородности сплавов к наблюдающемуся размытому магнитному фазовому переходу. Очень интересные аномалии наблюдались на температурной зависимости намагниченности некоторых нанокристаллических сплавов №-Р в районе фазового перехода при повторном цикле нагрева сплавов в магнитном поле. На Рис.5 б представлены эти зависимости для сплава N¡+3,08 ат. % Р. Кривая ] соответствует нагреву от исходного состояния, кривая 2 получена при охлаждении сплава от высоких температур. Эта кривая характеризуется двумя особенностями. Это, во-первых, очень крутой спад намагниченности в области критических температур и, во-вторых, наличие аномалии намагниченности в этой области. При измерениях температурной зависимости намагниченности одновременно проводились измерения зависимости изменения температуры образца от времени. При этом, в области аномалии намагниченности наблюдалось аномальное возрастание температуры образца за счет внутреннего тепловыделения в его объеме. В качестве возможного физического фактора, обуславливающего это явление, можно предположить, что при определенных размерах и пространственном распределении кристаллитов в сплавах, магнитный фазовый переход может иметь характер фазового перехода первого рода. Дополнительным аргументом в пользу этого предположения могут служить теоретические расчеты кривых температурной зависимости намагниченности при фазовых переходах первого рода, дающих хорошее качественное соответствие с приведенными экспериментальными кривыми [3]. Аналогичные аномалии

п

при повторных циклах температурных обработок наблюдались также и для

других составов сплавов №-Р.

Основные результаты и выводы.

]. Методами химического осаждения синтезированы тонкие пленки сплавов №-Р, N¡-6 и №-Ре-Р, №-Ре-В.

2. Проведен рентгеновский анализ структуры и фазового состояния сплавов и определены параметры решетки и размеры кристаллитов. Установлено, что в исходном состоянии сплавы представляют собой метастабильные однофазные твердые растворы с размерами кристаллитов 7-15нм, т.е. находятся в нанокристаллическом состоянии.

3. Проведены измерения петель гистерезиса сплавов №-Р и N¿-6 при комнатной температуре в полях до ±15кЭ с помощью вибрационного магнетометра и при температуре 5К и ЗООК в полях до ¿ЗОкЭ с помощью СКВИД-магнитометра.

4. Было установлено, что для нанокристаллических сплавов в исходом состоянии форма петель гистерезиса соответствует суперпарамагнитному состоянию: почти линейные кривые с очень малой остаточной намагниченностью и полем насыщения свыше двух килоэрстед.

5. При перпендикулярной ориентации намагничивающего поля относительно плоскости образца перемагничивание нанокристаллических сплавов осуществляется за счет процессов обратимого вращения однодоменных частиц анизотропной формы. При этом внешнее поле перпендикулярно к направлению одноосной анизотропии.

6. В результате термомагнитной обработки происходит распад нанокристаллического твердого растворы с образованием парамагнитных соединений №3Р и №3В и коагуляцией кристаллитов. При этом возрастают спонтанная и остаточная намагниченность и температура Кюри сплавов.

7. На температурной зависимости намагниченности нанокристаллических сплавов N¡-6 наблюдается аномалия, которая может быть обусловлена спецификой температурной зависимости магнитной анизотропии в этой области температур.

8. В результате измерений спектров ядерного гамма-резонанса в сплавах №-Ре-Р и №-Ре-В и восстановления функции распределения сверхтонких магнитных полей в этих сплавах установлено наличие ионов Ре с локальным атомным окружением ГЦК-типа и локальным окружением, соответствующим решетке типа (№з_>Рех)В и (№з.хРех)Р. Рассчитана функция распределения вероятности локальных магнитных моментов ионов Ре в этих сплавах. Величины средних магнитных моментов ионов N1 в исследованных сплавах №-Ре-В не превышают 0,1 цв.

9. Впервые обнаружены тепловые аномалии температурной зависимости намагниченности в области магнитных фазовых переходов нанокристаллических сплавов №-Р, которые могут быть обусловлены тем, что для нанокристаллических структур при определенных условиях

магнитный фазовый переход может иметь характер фазового перехода первого рода.

Цитированная литература

1. Иверонова В. И., Ревкевич Г. П., // Теория рассеяния рентгеновских

лучей, Изд-во Моск. университ., 1978. с. 270.

2. Lines M. Е., Solid State Comm., 1980, V36, N5, p.457.

3. Boubcheur E. H., Quartu R., Diep H. T. and Nagai O., Phys. Rev., 1998,

B58, p.400.

Основное публикации по теме диссертации.

1.Антипов С.Д., Горюнов Г.Е., Иванов М.В., Колумбаев A.JL, Полукаров Ю.М., Стеценко П.Н., Чжан Цзянгао. Особенности температурной зависимости сплавов Niioo-xPx в области магнитного фазового перехода. // Вестн. Моск. ун-та.Физ.Астрон. №2, 1999 (в печати).

2.Антипов С.Д., Бибикова В.В., Вольф Н.В., Ганьшина Е.А., Горюнов Г.Е., Колумбаев A.JL, Ликушина Е.В., Свешников C.B., Смирницкая Г.В., Стеценко П.Н., Чжан цзянгао. Особенности структуры и магнитного поведения пленок железа, полученных в разряде с осциллирующими электронами. //Поверхность, 1998 (в печати).

3.Антипов С.Д., Бибикова В.В., Вольф Н.В., Ганьшина Е.А., Горюнов Г.Е., Колумбаев А.Л., Ликушина Е.В., Свешников C.B., Смирницкая Г.В., Стеценко П.Н. Чжан цзянгао. Магнитные свойства и структура пленок железа, полученных в разряде с осциллирующими электронами. // Тезисы докладов 16 Международной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники". Москва, 1998, с.с. 393-394.

4.Антипов С.Д., Бибикова В.В., Вольф Н.В., Ганьшина Е.А., Горюнов Г.Е., Колумбаев А.Л., Ликушина Е.В., Смирницкая Г.В., Старкова М.В., Стеценко П.Н., Чжан Цзянгао. Особенности состояний ионов Fe в магнитных сверхрешетках Fe/Pd. // Тезисы докладов 16 Меясдународной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники". Москва, 1998, с.с. 22-23.

Магнитное поле, Э

Магнитное поле, Э

Рис.1. Петли гистерезиса сплава №+2,89ат.%Р.

а) в полном масштабе, б) центральная часть.

1) исходное состояние. 2) после термомагнитной обработки.

•30-

--30-1-

Магнитное поле, Э

Рис.2. Петли гистерезиса сплава №+3,02ат%В.

при ориентации магнитного поля перпендикулярно плоскости образцг

а) в полном масштабе, б) центральная часть.

р(ир .над

Рис. 3 а) ЯГР спектр сплаваЫ1664Ре9 0В24,6. (— Экспериментальные точки, — рассчитанный спектр), б) Соответствующая функция плотности распределения Р( |лРе) локальных магнитных моментов атомов Ре-рРе

1.001

0.999 +

0.998

0.997

0.996 -

0.995

Р(РРе)(1/Мв)

0 0.5 1 1.5 2

(Мв)

Рис.4 а) ЯГР спектр сплава N¡72 5Ре24 6Р29 (— Экспериментальные точки, — рассчитанный спектр), б) Соответствующая функция плотности распределения Р( цРе) локальных магнитных моментов атомов Ре-рРе

Т,к

отн. ед.

400 500 600 700 Т, К

Рис.5. Температурная зависимость намагниченности

а) для сплава №+2,13ат.%В

б) для сплава №+3,08ат.%Р.