Магнитные свойства фрустрированного антиферромагнетика гамма-Mn3Ga тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОК1ЯБРЬШЖ РЕВОШИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 548:537.011.45

КИР5Ш0ВА ЕЛЯ АНАТОЛЬЕВНА

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ФРУСТРИРОВАННОГО АНТИФЕРРОМАПЕТИКА у-Мп^а

01.04.11 - физика магнитных яплэниа

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соисканиэ ученой стаготт кандидата физико-катоматичоских наук

Москва - 1991

Работа выполнена пэ кафедре магнетизма физического факультета МГУ им. N.B. Ломоносова

Научные руководители: кандидат физико-математических наук, с.н.с. Т.Н. Козлова, кандидат физико-математических наук, доцзнт В.Н. Прудаихсв

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, с.н.с. Р.З. Давигин, кандидат физико-математических наук, с.н.с. Б.А. Черенков

Ведущая организация: Институт обшей физики АН СССР

Защита состоится ¿"Злэкабря 1991 г. в 1в ч. 30 мин. на заседании специализированного совета К 3 ОФТТ (К 0b3.05.7v) в Московском государственном университете им. Ы.В. Ломоносова по адресу: II9899 ГСП, Москва. Лэнинскиэ ггры, МГУ, физичоскип факультет, аудитория С1>л.

С диссертации можно ознакомиться в библиотека физического факультета МГУ.

Автореферат разослан 19 ноября 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета H 3 ОФТТ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы данной работа определяется, с одноа стороны, потребностью передовых промьпплешйгх тохеолсгий п новых материалах с заданным комплексом свойств и, с другой стороны, логикой развития фундаментальных исследований в физию твердого толэ, евлзанпых с изучением явленна норэвпогаспости и ноэргодичности.

Технологические и конструкционные магнитные материалы обладают в большинство случаев сложным составом и структурой, что является благопри. тым фактором для формирования в таких системах фрустрированных обменных взаимодействия, хоторыо является причиной возникнсвзнил нозргодачпого состояния лша спинового стекла (СС) ш состояний фрустрировчнного энтафзрро-, (Хюрро- или форримапютизма.

Важность экспериментального исследования таких с исто:' определяется тремя причинами. Во-первьгх, указанные состояния широко распространены. В настоящее время становится ясно, что подавляющее большинство кристаллических магшшгых материалов занимает промежуточное положение ыэвду идеально упорядоченными мапюткками и идеально рэзупорядочештыми системами (классическими спиновыми стеклами). Во-вторых, специфические свойства, характерные для спиновых стекал и фрустрированных магнетиков, даот основания считать носителей таких свойств весьма перспективными для создания элементов "сороп" памяти вычислительной' техники нового поколения. В-третьих, развитие современных теоретических моделей, в; основе которых лежит представление о неэргодичности и неравновэспосп;, тагега с необходимость» трзбует экспериментального изучения спиновых стокол г: фрустркрсвзниых кагнетгков.

Цель работ» как-г-иалась и и:сспэри7.зптяхъпо:: изучении цаппшюго иовэлэетзд Л'юягмаяа рэзЗаплониого

зпта1орРг-я'згпстз:а, пр,гшн урует^мропоикостл ос&зшлс взатодепстиш! и г'-гиянип зЭДкпстоп локашюд гпкзотрогпи: на йюргарапапгз и сво'.сшз кеургсд'япого сосгопвгл. У ¡:з'?зсп» основного обьс:;тз исследования Сьиги ¡3',-брз:гп

атогллорззугоредочзяшб сплавы с П1К-о/гру:сгурел пбл*зй

стехиочстричссхо со состава >--VruGa. Особое внимание было сосредоточено и& i-смпсрзтур пых измерениях магнитной пс с г гр/им ■; изо 01' и.

Нчучияя новизна работы опродалямтея объектом

исследования и тем, что впервыз:

проведено прецизионное экспериментальное исследование текторятурноч. по.гавоя и временной зависимостей нзмнпшчеидости и восприимчивости полученных по оригинальное методике прецизионных с:извоь системы ?--"пСа, с концеигранной диамагнитного галлия, близко:: к критической для антиферромагнетизма (AFM);

показано, что диамагнитное разбавленио галлием апгнфорромзгнитаого >-Мп привод/П- к сильным фрустрациям обменных взаимодействия, предложено объяснение этого явления;

обнаружена и изучена тонкая структура ' перехода фрусгрированного антиферромагнетикп в спин-стокольние состояние с поочородным замораживанием поперечных и продольных <по отношению к внешнему маггаггпому полы) спиновых компонент;

получено Бмсокотоу.пературкое спиновое стекло (BICC) с температурой перехода значительно вьже комнатной: *С;

объяснена прич:ша происхождения BICC, описаны ого свойства, изучено влияние на них анизотропии;

обнаружено новое магнитное ZI'Q-ссстсяпио (zero-Held quenched) ВТСС, предлогена его качественная физическая модель;

на некоторых образцах /--Mn^GH обнаружен пероход в диамагнитное состояние, неожиданнее ди; концентрированной магнитол системы;

изучено влияние ближнего атомного порядка разного типа на неэрго;!лчнсе поведен;:о сплава i- Mr^Ga;

изготовлена быстрсззкалоачая ми:срокрпсталлическая лента r-MngGa, в котсрс-я реализовано 8ТС0 ХХ-тшэ.

Практическая ценность работы заключается в ело дующем: получен новый магкггььга материал, проянляюсия свойства спинозого стекла при температурах значительно выше комнатной;

получены различнее состояния г.-юокотемпорзтурпогс сгинового стекла, к Ж'гдопы огггимзльигя роет.'.' их пэлучотая, .'о возможное в порегокгтао практическое применение HaiwV м^пао! с собью требоиагая на бсоуслошгу» повторяемость розул>т;ш«>:

уОТЗаОЕЛОНО cgoi'bctctiho |ЮКР.У ОСОЗшШиГГЯМИ »-.Пфоструетури

образцов и ходом температурной зависимости маппттпоя восприимчивости обратное соответствие позволяет судить о чистоте /-фазы сплавов системы у-МиСа и характере ближнего атомного упорядочения но с помощью дорогостоящих иоятроно- и рентгенографических исследования, а по виду кривол *(Т>:

детально изучены особенности попедскил Фрустрировашш состояния в атттфорромапютигах о уравнении с фрустрировэнггыу.и ферромагнетиками, что будот полезно при создании новых прецизионных магнитных материалов.

Апробация работы. Основные результаты дисеортащютюя работы доложены и обсуждены на IV Всесоюзном семинаре по аморфному магнетизму (Владивосток, 1988 г.), X Всесоюзной зжоло-семинари "Новью магнитные материалы миероэлокгооники" (Рига, 1986 г.). Ломоносовских чтеюшх в МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, 190С г.). Всесоюзной ког.фе^нцин "Современные проблемы физики и о е прилоаюимГ (Москва. 100? г.). Международной конференции по магнетизму 1СМ-88 (Парю::, 1888 г.), XVIII Всесоюзной конференции по физике магнитных явления (Калинин, 1980 г.). XI Всесоюзной школе-семинаро "Новые магнитные материалы- для микроэлектроники" (Ташгант, 18Ш г.). Всесоюзном симпозиуму "Физика аморфных мапютиков" (Красноярск, 198Э г.), Всесоюзном секинаро по капштным фазовым переходам и кротичиским явлениям (Махачкала, 1989 г.), XX Всесоюзном семинаре по спиновым волнам (Ленинград, 1990г.), V Есесоюзноя конференции с международным участием "Аморфные прецизионные сплавы" (Ростов Великш, 1901 г.), ХЗХ Всесоюзной конференции по физике магнитных явления (Тагскоят, 1991 г.). а таюш па семинарах кафедры магнетизма физического факультета МГУ имени М.Ь.Ломоносова.

Пуйкпсацг/. Основные результаты диссертзции опубликозанц в II печатных работах.

Обгсм работы. Диссертация состоит из введения, шпе глэ*, заключения и списка лутерптуры. Обьем диссортапда составляет 225 страниц машинописного текста, вкличаклих 61 рисунок . Список литературы содор^лт 95 работ.

СОШЧНЛНЙЕ ДИССЕРТАЦИИ До ярсдзнии сформулированы «ели и задачи исследования.

обосновала актуальность темы диссертации. Изложено, в чем состоят новизпа к практическая значимость работа, дано краткое описание диссертации по главам.

Норвзя глава, носящая обзорный харакгор. состоит из трех " самостоятельных частой.

Первая часть посвядонэ современному состоянию исследований фрустрированяых ентиферромагаетикоз. В §1 изложена тоория антифурромагнетикоь с фрусгрировашшми обменными

взаимодействиями, в основе которое - адаптированная на случай двух спиновых подрошеток модель Шеррингтона-Киркпатрика с дальнодействием. Второй параграф содержит обзор экспериментальных работ по изучению характерного для фрустрированного антаферроматетизмз двойного перехода парамагнетизм -антиферромагнетизм - спиновое стекло.

Вторая часть касается ряда основных свойств состояния спинового стекла: в § 3 изложены теоретические представления о неэргодкчности спинового стекла, абсолютной и эффективной; в 8 4 дано ошгсашкз анизотропных свойств ш-вскторного спинового свекла, которые предсказаны в теоретических исследованиях модели Шеррингтона-Киркпатрика.

Третья часть (&5) содоркит описание представлении об атомной и магнитной структурах и свойствах антиферромагн/тного г-Мп, сложившхся в результате исследования как чистого электролитического >-Мп, так и разбавленного медью.

Во второй главе диссертации дано списание технологи приготовления образцов (§1) и методики эксперимента (§2,3).

Образцы были выплавлены в ЦНИИ черной металлургии им. И.П. Бардина из спектрально чистых исходных материалов: марганца с чистотой СО,9У9% и галлия ТЛ ООО.

Измерение намагниченности и магнитной восприимчивости в статичзском и квазистатичоском режимах проводили, соответственно, на магнитных весах с э.шктромзгнитной компенсацией (чувства- "иьность Гс- см'') и прецизионном вибрационном

магнитометре (чувствительность 2\10~° Гс • см"* >. Описания экспериментальных установок даны в параграфах: 2 и 3.

Третья главз поешмрна экспериментальному изучению ыапютзьи свойств атомноразупорядоченного твердого раствора с ГЦХ-сгтруктурой г-ИЛдСа.

О

т, °с

Рис.1 Томпйратурпая зависимость приводоплоа вамэпвтчонлсста *=с/Н, измерзшая с помоико ваоргллионяогс иаплп смотря з псхле H=I2 KD па псаиав10таляйчв«;кл?1 закаленлом r-îûv»Ca.

В первой части §1 лзны представлен/я об атомное и магнитной структурах ? - VrioGn. которые получены на осново рентгеновских, злоктроьтю-мизсроскопчческих и певтронографических исследований, проведенных М.П.Равдоль на образцах, изучаемых в нашей работе.

Во второй части §J приведены данные магнитных измерений, которые позволяет осуществлять с высокой точностью контроль однофазг.ости г -состояния.

§.?. содсраагг оригинальные экспериментальные результаты исследования диаматигно разбавленного антифсрромагнотикэ. На рис.1 показана температурная зависимость приведенной намагниченности >.=—/Н. изморенная в магнитном поло H-I2 кЭ на гибрацпошюм матиигокстрз.

Проведена идешт^инагля харакгеристичоских темпоратур. При понижении температуры из парамагнитной (ГМ ) области при темпоратуро Ноеля Т^, происходит переход в антиферромагнигное (ЛОМ) состояние. TN определяется по излому *(Т) и ее величина в поло Н=12 кЭ составляет 181"С. Температура Кеелг, в нулевом поле определена по температурной зависимости электрического сопротивления. коэффициента линейного ■ расширения и магнитного рефлекса ноатронограммы: Т|,(Н-0)-185С.

При температуре Т^<Н=12кЭ)--147*С, отмеченной на рисунке, происходит возвратный переход в фазу спинового стекла.

В АСМ фазе (Т^-/-!4^) *(Т) уменьшается с температурой и, как в пара.чагЕгтод области, кожет быть описана законом типа Кюри-Еейсса:

где постоянные С и в отличаются от соответствуют« значений в парамагнитной облает (см.рие.1).

Наблюдаеше особенности поведония *(Т) но характерны для классических антиферромзгнетиксБ, но находятся в согласии с теорией фрустрирэвашого антифорромагнзгизма Коринблига - Тендера и однозначно свидетельствуют о том. что r-Mn^Ga относится к классу антк1юрромагкетиков с фрустрациями.

Особенностью r-Mu-Ca йбляс-гс.-i высокая температура Нееля и высокая стспонь Фрустрмреваяности (J '^O.B).

Л S3 изучен переход фрустрироваяного ангпферроилгнзтикг з фазу возвратного СО. С этоа шл,<о кремо ¡^лнкристалличзских исслодозались обсазш малого размера, практически

Н = 1 ,2 кЭ

1-'-г-<-г—

О 100 200

Т, °С

Рис.2 Температурная зависимость малзгпюи восприимчивости >-=л<г/дН, ис.меронязн с помощью мзгыгпшх весов в подо Н=1,2 кЭ на закаленно*« кзззикристалтческом г-МлдОа.

мсно

T, °c

Рис.з Те&шратургщо замсшостя мегкшюй воспршгачивостк «=ло/лИ полинрксталдтаскогс r-MiVjGa, ¡¡шорэкяш в ¡лшотшшс паше: I) 0.54 кЭ, 2) 1,69 кЭ, 3> 5,74 кЭ.

топокристзллические. для исследования которых были исиользованы более чувствительные магнитные весы.

Температурные зоеисимоста магнитной восприимчивости *=лст/дн, показанные на рис.2 и 3. измерены на ¡шазжлосокристалжческом и поликристэллическом образцах, соответственно.

Показало, что несмотря на различные условия, з которых проводились измерения х(Т) и *(Т), всем кривым, помимо Т^, присуши две характеристические температуры Т^ и -ри этом в области температур восприимчивость исогда падает с ростом температуры, а при Т<Т^ - увеличивается, в промежуточной области ее поведение неодызначно.

Обнаруженный поэтапный переход в состояние спинового стекла находится в соответствии с современным-,! представлениями " ории н, как известно, возможен в гейзенберговском ОС в режиме слэбор анизотропии. Такой реким, по-шщиуому, к реализуется в нашей случае, т.к. СС является существенно высокотемпературным. В мэгнитном поле Н=0 1^-142*0. Анализ показал, что температура соответствует переходу в поперечную спин-стекольную фазу, в которой заморожены только поперечлъ:е по отношению к внепшому магнитному полю компонента сгисоз. При температуре происходит переход в смешанную фазу спинового стекла, для которой характерно замораживание и продольных спинозых компопеят.

Отмочено, что з температурной зависимости теплоемкости присутствует одна аномалия, которая соответствует температуре

Окончательное заключение о последовательности замораживания спиновых компонент сделано на основе результатов изморе¡шя, которые описаны в §54-8, посвященных; изучеши неэргодичного поведения ЗТСС.

В §4 проведено подробное изучение яеобрагдаых явлепиа з температурных измерениях. Показано, что непрголичное поведение является типичным для анизотропного спинового стекла: в Т-Фазе наблюдается слабая продольная необратимость намагниченности, обусловленная поперечной необратимостью, в И-ф^зо имеот место кроссовер к сильной продольная необратимости.

- Изхерепия, тров-з^я'ныэ номосрздстсоято поело сак.) гаи Д1\у0!!стрнруют сильную ягзргодг-лгогть в Г1пъферрм.чгпИп;оя , си. ряс.4. '1якоо состог.чно пидуыш зазван;» ¿ГО (7.ого-11е1г-

т, °с

?ис.4 Не. Тратимое поведений ыагшггаой восприимчивости г=^/Н полукристаллического сплава г-Мп^а в пропессе нагревания и охлаждения во внешнем иагаитном поле Н=С,8 кЭ. Измерения проведены иа со'разцэ в 210- исходном состоянии.

Т,°с

?víc.5 Необратимое поведение магактлог восприимчивости *=сх/Н иолифкст ахшчосиого сплсза /-Мг^Са в пронесся нагревания и охдавдэяия во внешнем мзпглтнок полз Н=6,8 кЭ. Измерения проведены на образце в ZFC- негодном состоянии.

Нагревание и ох.ла:кдепно образца а пулевом магнитном полэ после закалки, ко до начала магнитных измерений, снимает неэргодичность ан'гифооромагнитноя фазы (ом. рис.5). Полученное б розультаге предварительной тепловой обработки без поля состояние обозначено, кок это и принято в физике спиновых стекол, ZYC <zero-Ileld cooled).

Проведена Оольеэя серия измерений с целью изучения охлажденных }'С-состиялил (ileld-eooled) спинсзого стекла.

Изучены г,роуенрь;е о^окты, характерные для спиновых стекол: прослежена ево".!оцич температурной зависимости магнитной воспр'.ммчизости под действием процесса старения ZFQ-состояния в нулевом магнитном поле при комнатной температуие в течение 6 лет; при рег.нык значениях времени ожидания в магнитном поле измерены зависимости *(").

В §5 изучено поведение намагниченности как функции внешнего маптпюго поля. Полученное петли гистерезиса имеют "перетянутый" вид, раскрыты в ограниченном интервале полей, который тем уже, чем выше температура измерения.

В §6 проведены измерения термоостаточной намагниченности "ТОН втсс как ФУ2™-7"' поля, температур^! и времени..

Показано, что зависимость о^сн^Ю имеет N-образную форму и проявляет тенденцию к насыщению, с с л,' исследуемый сбразец находился в '¿УС- исходном состоянии.

Временная релаксация мзгс'лвяотся "растянутой" гжепоненциальпой форток:

o(t) = с0ехр(-(г/т)1"п). где oq - значение намагниченности в момент времени t=0. т -характеристическое время релаксации, п - константа.

Приведенный комплекс необратимых явлении позволяет с уверенностью констатировать, что ВТСС ?—MngGa является нээргодичЕоз магнитной системой. При этом Zi'C-состояние во всех случаях проягляет тишжое для СС поведение. В то же время ZFQ-состоянио четко проявляет особенности, ;5ыдоляодио r-Mn^Ga из ряда родственных CO.

Б HyJTi^jTOP___глг-вд проведена с^суза^ш акс'^рпу^гга^ных

результатов. Продло:;:она (¿оно;,:ено.:о1¡еекз.ч модель БГСС /--linyJn.

Ti §1 р.ассматр.'латвопрос..!, св«с:-:;:а:о с фо: чпроьзнкем магнитного мсии.'П. avorx» Мп, оби шн:г* иза/ммдепстьком и

мапптгяой анизотропией.

Поставлен акцент sa том, тто атом ;<п, в зависимости от окружения, может находиться как в высокосгашоьом (3dJ4s2), так и в низкоспиновом состонпии <3cl64s1 ). а атом Gn. попадая в ближайшее окружение атома Мл. стимулирует его плзкоспиповов состояние.

Показано, что степень пзракрытия электронных оболочек

коллективизированных 4s- v 3d электронов с симметрией t-,,. з

высокую г . <-&

са'.аво r-Mrufia обуславливает степень Фрустрироваьности обменных связей и сам факт существования ВТСС.

Фрустрировзнная спиновая система в Zí Q-состоянии ПТСС имеет локальную конкурирующую магнитную анизотропию с набором ортогональных осей локальной анизотропии, допускаемых кубической симметрией кристалла.

Близкий случай спинового стекла с конкурирующей анизочропиеп рассмотрен в теории Пианы и Брэя.

Во втором параграфе результаты эксперимента анализируются в рауках этой теории.

Использовано введенное в работах Bna¿nj и Брэя понятие эффекгиЕноа анизотропии: <D> -<1-у)D i у(-D), где у - количество спинов, имеющих ось анизотропии б плоскости, перпондиху.лярной внешнему магнитному полю, D - локальная анизотропия спина.

С помощью различных режимов тормомагнитноа обработки экспериментально получены состояния ВТСС г- Mri^Ga с разным распределением спинов по локальным осям анизотропии: 2/3;

0,5. Построена магнитная фазовая диаграмма б координатах <11;-Т.

В рамках тоории Виапы-Брэя по результатам измерении на квазимопокристаллическом обрззцз произведена оценка дисперсии обмана J-4I0 К и локальной анизотропии спина D=3C К. Полученное соотношение между 1) и J не противоречит условно Ji<<J, ns осногв которого сплав r-Mn^Ga рассматривался кате слабоаиизотрошшй.

В §3 для ряда иссле довитых слухов вычислен спин-стоколышп плрзг,!Э':р пор)!дка q тиш Ода орде а-Андерсона, построена его температурная зависимое!ь.

В §1 прзвлдзп сравнительный анализ /mtimioro поаодашд r-mi^ga в различит,'х изученных cootoíjdütx, который посдулил основой для тслгссифисацки этих состояния.

Так, например, 2ГсС~состоялко в поликристалле

иатернретируется как антиферрокзшлтЕое сгшовое стекло (АФМСС), в котором ло определению сосуществуют параметры порядка Эдзэрдса - Андерсона и антиферромагшггкый. При нагревании происходит переход АФМСС - АФМ - ИМ. где лФМ-фаза имеет одноосную анизотропию и является зргодичноа (одап из случаев, рассмотренных в теории Коренблита - Вендора).

Ь то же время гГО-состояние в поликристалле следует классифицировать как кластерное сгеп'оаое стекло <КСС), в котором сосуществуют ближний магнитный порядок и параметр порядка Эдвардса - Андерсона. При нагревании происходит переход КСС анизотропное КСС — 1Ы. где фаза анизотропного КСС имеет кошсурирующую анизотропию и является по этой причине негргодичной.

Свои особенности имеют и другие состояния ВТСС г-Мп^а.

Пятая главе посвящена изучена магнитных свойств r-.4n.jGa на образцах, в которых формируются новые состояния: или образуется кластеры с разным типом ближнего атомного и магнитного порядка, или измельчается зерно, или происходит отклонение состава от стехиометричесхого г -Мп^а.

В §1 проведена систематизация тср.мома1"нитЕых процедур, которое стабильно приводят к образованию состояний типа и

, где с-сослсяыие упорядочено по типу в ГПУ-структуре, а е- - по чипу Д022 в ГЦТ-структуре.

Исследовано воздействие ближнего атомного порядка различных типов на неэргодичкое поведение восприимчивости и намагниченности в тхшюратурныг и полевых измерениях.

Б §2 экспериментально исследованы образцы в кто лант, полученных по методике приготовления аморфных материалов скоростной закалкой из . расплава. По данным структурных исследования образцы имели микрокристаллическую структуру. Проведены измерения температурной зависимости магнитной восприимчивости б циклах гга-ГС и 21С-1С в различных по величине »а£гаитв1,х шлях, температурной зависимости электрического и голлсвского сопротивлений. Пропедоао сравнение с дзшжи эксперте нтзлънш исследовании массивных образцов.

КЗ _

изэно, что соответствующая зависимость *(Т) тоет две хара:аеристические температуры. Температура Пееля имеет величину, которая совпадает с согпвбтотвувдиш значенном- Т,, для

кристаллических образцов: Т.р135 "С. Переход же з фазу спинового стекла происходит в одну ступень при температуре 'Г-^ТоЗ °С.

Показано, что в микрокристалчической ленто ^-Мп3Са реализуется состояние ХУ-спинового стекла.

В §3 решен вопрос о том, как влияет отклонение состава ог стехиометрии на формирование ближюго атомного порядка и

«-типа. В диапазоне температур от 20 до 600 °С получены температурные зависимости магнитной воспр:имчизости сшгазов системы г-МпСа, кошю:гграция Са е которых меняется в пределам от 21,7 до 28 ат.%. Установлено, что отклонение в концентрации от стехиометричоского состава г-У.п^Оа з ту или другую сторону тормозит формирование блганего атомного порядка л'-типа.

Показано, что концентрация 28 зтЛ Са является критической для г-фазы, устойчивой становится с-фзза.

В §4 реиен вопрос о влиянии отятоеския состава от стехиометрии г-МПдСн на степень фрустрировашюсти обменных взаимодействий. Исследованы зависимости *(Т) сплавов с содержанием Са оТ 21,7 до 26,1 гт.З в температурной области существования г-фазы, измеренные в одном к том же по величине внешнем магнитном поле Н=1,2 кЭ. Температурные зависимости *(Т) сплэвоз с содержанием галлия 26,1 и 24,3 ат.Ж измерены в различных по величине магнитных полях.

Оказалось, что изменение концентрации галлия не влияет па величины характеристических температур в такой степени, как это имеет место, например, в сплавах системы МпСи.

Показано,что в системе с большим по сравнению с г-Кп^ь количеством Фрустрированшд обменных взаимодействий (26,1 аг. % Са) переход в состояние спинового стекла не является возвратным, т.е. имеет место негиередетьенная смена парамагнитного состояния спин-стекольным, а но через энтиферрсмагвитную фазу. Магншное поле подавляет состоите спинового стекла.

В менее фрустрировзнной системе (24,3 ат.Ж Са) переход в состояние спинового стекла является возвратным. Магнитное полз усиливает СС-состояние.

В заклячеыги указывается, что настоящее исследование дгамэгяитно разбавленного аптифсррс/згЕетика г-Уп^Сл по'иг комплексный хэр.ж^р. В ноу: проведено исследование бельдюге количе.'ггза образцов г-\in-Gu в различных состояли!:

квазяхопокристалтачоском. полукристаллическом и

микрокристаллическом. Исследованы и образш с отклонением состава от стохиокетрического, изучено влияние бляхнего атомного порядка.

Гая исследования применялись сп-зцлзлыю разработанные высокотемпературные прецизионные магнитимо методики. Привлекались также методы рзатге но структурны к, нелтроиографическия, электронная микроскопия. измерения гошюсмкости, линейного расширении, электрического и холловского сопротивлений.

Установленные в работе закономерности позволили сформулировать следующие

ОСНОВНЫЕ ВЫЗОЛЫ

1. Полукристаллические и микрокристаллические сплавы т -Мп^Са относятся к классу антиферромагнетиков с фрустрированными обменными взаимодействиями, характерными признаками которого являются:

- излом в температурной зависимости магнитной восприимчивости при температура Нееля

- рост каппгпюя восприимчивости при поштеении температуры вглубь АФМ-фазы,

- наличие возвратного парохода г. фазу спинового стекла при темпера гуро Т^г/Тц*

- проявление спин-^тапа в слабых магнитных ;'олях. Оглкчитслъным свойством фрустпированаого АФМ в г-Мп3Са является высокая температура Кеоля и высокая степень фрустрированности

(Зг2=Ю,3).

2. л-Кп^ва представляет собой ноэргодичную магнитную систему и обнаруживает характерный комплекс необратимых явлении в режиме статических и квазистатических магнитных измерений:

- зависимость намагниченности от щ.адыстории и сценария измерения,

- необротькоеть намагниченности » температурных циклах 7.ГЦ-ГС и 210 -г С и кач функции вно:::::его мо; нитлого позя.

суадосгожнсе проявление в^окошгых э^дехгов: старения, зависимости свойств от врсмопи оглдячия в к «пил:;.« полу,

- твшосстаточкая н«к:л пичепнопть {ГОШ, о ж/ши&ник) в функции "оля, тл'.шратур^ и времзнк ноблвадния.

Ероионпой спад ТОН, подчиняющийся так называемой "растянутой" экспопоициалыюя Фор.ю, свидетельствует в пользу наличия в система г-Мг^Са спектра времен релаксации.

3. Нээргодичнал спин-стекольная фаза г-Мп^а тоет аномально высокую температуру перехода: Трс^-142'С. Такое высокотемпоратурное сгашовое стекло обнаружено и исследовано нами впервые.

ВТСС имеет две главные особенности, выделяющие его в среда спиновых стекол:

- в еем получено новое закаленноа ХГСЬсостоянда СО,

- реализован режим слабой анизотропии (чрезшчаздо редкий для низкотемпературных СС), когда переход в фазу СС проходит в два этапа с поочередным зэморажизанием компонент спилов: сначала при температуре замораживаются поперечные (по отношению к направлению внешнего магнитного поля) компоненты, затем при температуре Т^ - продольные компоненты.

4. Магнитный отклик спиновой системы па внешнее магнитное поле и его изменение с температурой сильно зависят от исходного состояния ВТСС г-Мл3Са. Общия вид температурной зависимости магнитной восприимчивости неоднозначен. Форма аномалий, проявляемых при характеристических температурах Т^, Тт и Тн, такие неоднозначна. Это обстоятельство свидетельствует о том, что не может быть единого рецепта для диагностики этих температур по зависимое, л *(Т) и

Температуры Т^, Тт и Т^ зависят от магнитного поля. Вид магнигноа фазовой диаграммы Ш.2) также зависит от исходного состояния ВТСС.

5. Наблюдаемые в эксперименте состояния ВТСС г-Ып^йа классифицированы следующим образом:

ггО-состояние - кластерное спиновое стекло (КСС) с антиферромагнитными корреляциями спилов в кластере, с локаяьноа температурой Неоля и с конкурирующей ортогональной локальной магпишоа анизотропиоя.

2ГС-состоянке - антифорромагнитиоо спиповое стекло (АФМСС) с наводекноа одноосной анизотропией.

Таким образом, фрустрированныа гейзенберговский анти{врромагп<»так ^-Мл^Са имеет ьеэргодичцую фазу как с дальним налитом порядком <2ГС-состояние), так и без дальнего магнитного

Порядка (Zl'Q-состйяпме).

Магнигные превращения происходят го схеме: ZTC: AW,CCjT - АФМССТ - АФМ - IIM ZPQ: KCCjr, - КОС,j, - анкзотрошое КОС - ПМ

С. Причины возникновения столь высокой степени фрустраций й высокой дисперсии обмена при разбавлении ачтиферрсмапштногс ?--Мп диамагнитным Ga обсуждаются в развитой нами феноменологической модели, в основу которой положены новые представления о металлической связи и ключевой экспериментальный результат -диамагнитной состояние, обнаруженное в г-MngGa.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Козлова Т.М., Прудников В.К., Андреев Й.А., Титова Е.А./ Спиновое стекло в аморфных сплавах с конкурирующим обменный взаимодействием // IV Всесоюзный сеькнар по аморфному магнетизму. Тезисы докладов.- Красноярск.- I9&3.- crp.IOß.

2. Прудников В.Н., Козлова Т.М., Андреев И.А., Хакамоз М.Ф., Истова Е.А. / Новое магниггноа состояние в высокотемператушом спиновом стекле // Десятая всесоюзная шгола-семинар "Ьовые магнитные материалы микроэлектроники". Тезисы докладов.- Р/га.-, 1986.- часть II.- стр.322.

3. Козлова Т.М., Прудников З.Н., Хакамов М.Ф., Шитова Е.А. / Высокотемпературное спиновое стекло r-Mn^Ga // Препринт физического факультета МГУ.- 1986.- N' I2/I.98C.- 5 стр.

4. Шитова Е.А., Прудников В.Н., Козлова Т.М. / Магнитные свойства разбавленных антиферромагнетаков // Всесоюзная конференция "•Современные проблемы физики к ее приложений". Тезисы докладов.- Москва.- 198'/.- часть II,- стр.63.

5. Vedyaev A.V., Rozlova Т.М., Pruünikov V.N., Rhakomov M.f., Shitova Y.A. / Hlgh-teraperaturo spin ¿iloss // International conierenc on magnet1игп. Abstracts and programme.- Paris.-1933.-p. 163.

6. Водяев A.B., Козлова T.M., Прудников E.H., Кириллова Е.А. г Андреев И.А./ Высокотемпературное спиновое стоило, фрустрированные и возвратные магнетики // XV Г11 Всесоюзная конференция по Физике когнитних явления. Тезисы докладов.-Калинин.- 1038.- часть 3.- стр.ЬШ.

2D