Магнитные свойства и структурные особенности модельных твердых растворов системы (GdLaY)(ZnCd), имеющих структуру типа CsCL тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ

ереванский государственный университет

На правах рукописи АРЦРУНИ АЛЬФРЕД АРЦРУНОВИЧ

.УДК 538.662.1,12,13:546.6.54-165

магнитные свойства и структурные особенности модельных твердых растворов систЕыы (Эс11.аУ) (2п Сс1), имеющих структуру типа СБС1

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ереван - 1992

/

/

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории РКВ Ереванского государственного университета.

Научный руководитель: кандидат физ.-мат.наук,

ст.научн.сотр. АДАШН В.Е.

Консультант: кандидат физ.-мат.наук,

доцент АБОВЯН Э.С.

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат.наук

1МР0ЯН Э.Г.

кандидат физ.-мат.наутс ШАДШШНН С.А.

Ведущая организация: Институт радиофизики и электроники АН РА г.Аштарак

Защита состоится Ж- МИШЛ.Х992 г. в '{& час, на заседании Специализированного совета К 055.01.11 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Ереванском государственном университете по адресу: 375090, г.Ереван, ул. Шопрона, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ереванского государственного университета.

Автореферат разослан Ь/ЦСЬА 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор физ.-мат., наук

АДОНЦГ.Г.

" ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Магнитные сплавы давно в прочно вошла в арсенал средств, широко применяемых в разного рода технических устройствах. Прогресс в таких областях промышленности, как машиностроение, приборостроение, электро- и радиотехника и т.д., неразрывно связан с созданием новых магнитных материалов с улучшенными характеристиками. В течение последних десятилетий значительно расширены поисковые работы в этом напрвлении, которые ведутся в основном эмпирическим путем, т.е. пробными методами с учетом известных экспериментальных закономерностей.

Актуальность работы. Для успешного решения проблемы разработки новых магнитных материалов - сплавов и соединение, обладаниях требуемыми для данной конкретной задачи свойствами, необходимо расширение и углубление всесторонних исследовательских работ как в экспериментальном, так и в теоретическом плане. В частности, большое значение имеет возможно полное выявление зависимости фязичэишх свойств от различных иагниточув-ствительных параметров сплава или соединения. Установить зависимость физических свойств от одного конкретного параметра -задача достаточно сложная, так как вместе с вариацией значений этого параметра путей изменения состава сплава меняется, как минимум, еще один параметр, я разделение вкладов каждого аз них в исследуемое свойство становится весьма затруднительным.

В настоящей работе в качестве объектов исследования выбраны многокомпонентные твердые растворы, составы которых рассчитывались методом, предложенный В.Е.Адаыянон. Благодаря этому методу моемо получать серя* твердых растворов, в которых с изменением состава меняется только один из ыагниточувстватвль-ных параметров, в результате чего устраняется вышеуказанная трудность в разделении вкладов от кавдого из параметров. Суть метода заключается в том, что комбинируя содержаний в сплаве диамагнитных редкоземельных и нвродкоземвльаых элементов с различными ионными радиусами, нояно контролируемым образом изменять один из параметров, оставляя другие векзденншш.

Цель работы. В настоящей диссертационной работе была поставлена задача установить зависимость магнитных характеристик образцов серии многокомпонентных твердых растворов со структурой типа СбС I от изменений в лигандном окружении магнитоак-тивного иона. Образцы представляли собой удобные объекты дня комплексного исследования и установления закономерностей,- присуща подобный соединениям. Физические, в частности, магнитные характеристика металлического сплава чувствительны к таким параметрам, как концентрация магннтоакгавных ионов н электронов проводимости, а таккэ постоянная кристаллической решетки в ди-гандиое окружение магннтоактивного иона. В исследованной серии твердых растворов с изменением состава меняется только лиганд-ное окружение магннтоактивного лона, а три других параметра остается неизменными. Поэтому появляется возможность связать' измеряемые физические характеристики сплавов данной серии только с изменением одного магнаточувствитального фактора.

Кроме этого, для выявления структурных особенностей исследуемых ооьектов быяо сочтено цедесоооразным проведение детального рентгенографического анализа всех синтезированных оораз-цов.

В процессе работы предоставилась возможность путем сопоставления рентгеновских и магнитных данных проанализировать возможный предполагаемый механизм, ответственный за экспериментально обнаруженное поведение магнитных характеристик исследуемых твердых растворов.

Научная новизна. Объекты исследования представляют собой образцы'одной из серий нового класса многокомпонентных твердых растворов. Исследования, проводимые на таких модельных сплавах, позволяют устанавливать прямую зависимость между магнитными свойствами и кристаллохимческади параметрами ооразца.

В настоящей работе впервые установлена зависимость различных магнитных характеристик сплавов, таких, как парамагнитная и ферромагнитная температуры Кюри, элективный магнитный момент ыагнитоактивного иона, спонтанный магнитный момент, от состава, и рассмотрены возможные механизмы, приводящие к полученным закономерностям.

.Впервые обнаружено ж исследовано явленна спонтанного образована дрлсталннческогр кадмия иа поверхности образца.

При исследовании кристаллической структуры ряда твердых растворов впервые возникла задача разделения перекрывающихся дифракционных рефлексов с изменяющимися в процессе съемки ин-тенсивностгш. Разработан способ разделения таких суммарных рефлексов.

Дшктическая ценность работы заключается а возможности применения полученных, закономерностей в поиске и прогнозировании свойств новых магнитных материалов. В частности повышение температуры К»ри и намагниченности сплавов могло осуществлять варьированием относительных количеств немагнитных компонентов Оез увеличения содержания магнитного металла. Непосредственное прикладное значение имеет обнаруженный в работе эффект выхода кадмия на поверхность сплава. Это явление гложет быть использовано дая осуществления сухой смазки между трущимися деталями гашн и механизмов.

Основные результаты и положения, выносите иа защиту:

1. Разработанный "метод" расчета составов сплавов непрерывного ряда твердых растворов, в которых с изменением состаза варьируется только один: шгннхочувствитвльный параметр, либо все параметры остаются неизменными.

2. Результаты рентгенографического (дифракционного и флуоресцентного) анализа всех синтезированных'образцов, а также теоретический расчет отражательной способности кристаллической решетки каддого из образцов в модели упорядоченного распределения атоггав по узлам решетки с образованием структурного типа

СбС1 (В2>.

3. Результаты исследования магнитных и электрических характеристик (.магнитной восприимчивости, намагниченности, температурной зависимости удельного электросопротивления) образцов исследуемого ряда твердых растворов в широком температурном интервале. Полученные зависимости парамагнитной и ферромагнитной температур Кари, эффективного и спонтанного магнитного .моментов от состава образца. Обсуждение возможных причин аномального поведения кагшшшх характеристик.

4. Анализ возможности наличия в образцах начала и конца ряда областей с антиферромагниткым упорядочением, в результате которого сделан вывод о структурном типе синтезированных твердых растворов.

5. Предполагаемый возможный механизм, объясняющий явление спонтанного выхода кадмия на поверхность образца с образованием кристаллической решетки, оценка толщины образовавшегося поверхностного слоя кадмия.

6. Разработанный метод разделения накладывающиеся рентгеновских дифракционных линий с изменяющимися в процессе съемки интенсивностями.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной школе-семинаре по релаксационным явлениям в металлических и неметаллических материалах (Ереван, 1987 т.), Семинаре по физика магнетизма редкоземельных сплавов (Грозный, 1988 г.), ХХ1У Конгрессе "АЖЕРЕ" по магнитному резонансу и релаксационным явлениям (Познань, 1988 г.), I Советско-Индийском совещании по редкоземельным и актинидным соединениям (Таллинн, 1988 г.), ХУШ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений, (Калинин, 1988 г.), Научной сессии годичного собрания АН РА (Ереван, 1991 г.;.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в семи печатных' работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитированной литературы. Содержание диссертации изложено на 143 страницах машинописного текста, включающих 48 рисунков, 4 таблицы,' список литературы из 64 наименований.

СО.ЕЕЙШИЕ РАБОТЫ

Во введений обоснована актуальность теш, сформулирована' цель работы, ее научная новизна и практическая ценность результатов, а также изложено краткое содержание диссертации.

Первая глава является литературным обзором. Исследованные в настоящей работе многокомпонентные трердые раствор« представ*-лят собой сплавы редкоземельных металлов (РЗЮ с металлами П группы периодической таблицы элементов. В связи с этим в обзоре кратко излагаются основные свойства редкоземельных элементов и приводятся литературные данные по экспериментальным исследованиям соединений RM С где R - РЗМ, а М - немагнитный металл), а также псевдобанарных систем R^Mi_RjMj. Пракерно половина из известных бинарных и псевдобинарных соединений имеет кристаллическую структуру соединения С SCI {структурный тип Б2).

Рассмотрены работы, в которых исследовались магнитные, электрические, теплофизические характеристики таких сплавов и соединений в зависимости от концентрации шгнитоактивннх.ионов и электронов проводимости, изучалось, влияние кристаллического поля на магнитные моменты магннтоактивннх ионов, определялись магнитные структуры и структурные переходы. Основное внимание уделено работам, в которых исследованы соединения RM, где R-GdLa,Y, ,Lu, a M-Zn, Cd . Из известных экспериментальных данных следует, что соединения GdM антйфэрромагнит-ны, если М ~ металл IB или ЩВ группы периодической таблицы элементов, а феррошгннтны, если М - металл П группы (Zn » Cd,Mg)- Таяая закономерность, которая характерна & для тройных систем с(3d в качестве ыагнитоактавного иона, обусловлена зависимость» обменного взаимодействия между магнитными somas сплава: от концентрации электронов проводимости.

Отмечается то обстоятельство, что во всех исследованиях, а которых меняют состав сплава с целью выяснения зависимости ыагннгннз характеристик от какого-либо магиаточувствитального параметра, неизбежно изменяются по крайней мере два параметра, и в результате исследуемое свойство оказывается функцией сов-

местного действия двух ила нескольких факторов. В этой ш главе приводится краткое описание основ теории косвенного обменного взаимодействия магнитных ионов Створил РККИ).

Вторая глава посвящена описании экспериментальных методов ж установок, использованных в настоящем исследовании.

Образцы изготовлялись в печи с индукционным нагревом. . Шихта из компонентов сплава, помещенная в ааундовай тигель, запаивалась под высоким вакуумом в кварцевой ампуле, которая устанавливалась в специальной формы графитовом нагревателе,находящемся в рабочей зоне индуктора. Гомогенность сплава обеспечивалась как высокочастотным, так и дополнительным механическим перемешиванием с помощью специального вибрационного устройства.

Температурная зависимость магнатноя восприимчивости образцов измерялась методом Фарадея на кварцевых торсионных микровесах с полуавтоматическим уравновешиванием. Подробно описывается конструкция установки, указаны преимущества этого метода перед другими. Температура регулировалась автоматически и поддерживалась с точностью £ 0,5 К. Относительная ошибка измерения -1%.

Намагниченность образцов в ыагнитоупорядоченной области измерялась на установке с вибрирующим образцом (метод Фонера) в интервале температур 5 - 300 К в долях, создаваемых электромагнитом, до 1,5 Гл. Образец помещался в стеклянный проточный криостат и охлаждался потоком гелия, поступающим из транспортного сосуда Дьюара. Температура регулировалась и стабилизировалась системой "ЗТРЕКС". В области гелиевых температур отклонение температуры от заданной не превышало £ 0,1 К, при высоких температурах - - 0,5 К. Намагниченность в сильных магнитных полях до 9 Тл измерялась тем ке методом в поле сверхпроводящего соленоида при 4,2 К.

Подробно рассматривается разработанный способ калибровки установки для измерения начальной магнитной восприимчивости. По сверхпроводящему образцу с известной восприимчивостью'калибровалась небольшая катушка, которая во время измерений использовалась как вторичный эталон. Это в значительной степени упро-

щало и ускоряло процесс измерения. Начальная восприимчивость измерялась в полях от 2 до 5 3 в температурном интервале 4,2 - 300 К.

Температурная зависимость электросопротивления также измерялась в интервале 4,2 - 300 К в проточном гелиевом криоста-те чегырехконтактнш потенциоматрнческим методом, Измерительные провода присоединялись к-образцу с помощью.ножевых контактов в специально изготовленном держателе. Относительная ошибка измерения не превышала 7$.

Температуры во всех экспериментах измерялись полупроводниковым термометром сопротивления марки "CryoCal " (в температурном интервале 4,2 - 100 К) и платиновым термометром сопротивления (в интервале 100 - 300 К), либо термопарами, отградуированными по этим термометрам.

Рентгендафракционный анализ проводился на полуавтоматическом дкфрактоизтре ДР0Н-2,0. Использовалось монохроматизиро-ванное излучение С О к а. • Регистрация дифракционных рефлексов проводилась в двух режимах: I) режиме непрерывной записи при вращении образца и счетчика соответственно с угловыми скоростями ш и 2ш, 2) регистрацией интенсивности по точкам при последовательных поворотах образца и счетчика на дискретные углы (шаговый релин).

Анализ элементного состава образцов осуществлялся рентген-флуоресцентным методом. В качестве источника первичного излучб-ния применялся радиоактивный кадмий (109Cd) •

В третьей главе описаны расчеты исследуемой (А) и вспомогательной (В) систем твердых растворов и рентгенографический анализ синтезированных образцов.

В твердых растворах систем А и В концентрация магнитных ионов X , постоянная решетки a и концентрация электронов проводимости Z не должны меняться с изменением относительного содержания компонентов.

Чтобы получить твердые растворы системы А, удовлетворяющие этим условиям, в которой с изменением состава происходят замещения как в редкоземельной, так и в нередкоземельной частях сплавов, вначале смешиваются попарно бинарные твердые раствору -

GdZn с LaZn к GdCdcYCd » образуя псевдобинарные сплавы (GdxLa^)Zn и CGdxYi-x )Cd (0¿ X á 1 ). Полагая линейную зависимость постоянное решетки этих сплавов от X , что установлено нами при исследованиях, некоторых подобных систем, и зная значения Q исходных псевдобинарных сплавов, можно заключить, что при определенном значении X =Хо эти сплавы имеют одну и ту se постоянную решетки Q0 и одно и ю за число Zo электронов проводимости на элементарную ячейку. Значения этих параметров легко рассчитываются с помощью соответствующей дка-грашы, на которой по оси абсцисс откладываются значения X от 0 до I, а по осяы ординат, проведенным через точки X = 0 ' й X = I,- значения a . Для рассчитанной систеш получены значения Хо= 0,2181, Qo = 0,3725 км. Кроме того, если учесть, что как Gd .так и L.Q и Y трехвалентны, а Zn н Cd двухвалентны, то станет ясно, что у этих псевдобинарншс сплавов одинаково и число Z0 = 5 электронов проводимости, приходящихся на элементарную ячейку.

Если теперь образовать составные твердые растворы из псев-дооанаршх, соединив t количество Gd^LOj-xPZn и (I -1) количество (GdxeYi-xo>Cd (0< t < I), то получится систеш твердых растворов с общей формулой

GdXeLa(J.xc)tУа-KoHi-i)Znt Cdi-t tсистеш а),

в которой пра лзосых t остаются неизменными Хо , do и Zo , и с изменением 1 происходят замещения Cd на Zn и Y на L.Q • Быян синтезированы к исследованы семь образцов этой системы: t =~0 (образец AI); t = 0,1 (А2); t= 0.2 (АЗ); t = 0,3 (А4); t= 0,5 (А6); t = 0,8 (A9); t =i(AII).

Исследовании, проведенные на образцах систеш А, показали, что жх магнитные характеристики зависят от состава твердого раствора. Чтобы выяснить, какие именно замещения (в редкоземельной или нередкоземельной частях сплава) приводят к измене-гшш иагнлтных характеристик, была рассчитана, синтезирована к исследована систеш твердых растворов, в которой М часть сохранялась неизменной, а замещения происходили только в R части сплава, причем параметры Хо • Оо 11 ^о такие же, что и в

предадущей системе. Расчет этой системы несколько сложнее, так как по сравнению с системой А в нее добавляется ещо один элемент -!_и, а содержание Хп и Сс1 необходимо сохранять неизменными во всем ряду твердых растворов. В диссертации расчет приводится полностью и окончательная фородла систетгы В записывается в следующем виде

{Эс1Хо1аА+в1 ) (2пХаСс11-хс) •

где Д , В » С н О - постоянные.

В этой на главе приводятся результаты рентгенографического анализа синтезнрованшх образцов систеш А. Целью рентгеновских исследований било определение структурных характеристик в анализ фазового состава образцов. Необходкло было установить структурный ш кристаллической реаетка образцов, сравнить экспериментально измеренные и заданные"значения постоянных решете-:, .убедиться в том, что содергание посторонних фаз не" преныяает до-пустзках пределов, проконтролировать элементный состав образцов.

ДЗфрактограмны сажалась как в регме непрерывной запаса, так 2 поточечно в шаховой резаие. Прззодокн экспериментальные дафрактогракмы с 'образца А1 и птрих-дкзхрамгза» построенные по дифраггограмыан всех образцов.

- Было замечено, что поверхности образцов начала ряда (А1, А2, АЗ) покрыты сдоен тешгого налета. После снятая налета ши-фовкой поверхность образца вновь начинала быстро тешеть а покрываться налетон. В дальнейшем выяснялось,_ что налет представляет собой слой вшзедэего аз твердого раствора на поверхность а образовавшего кристаллическую релетку хадмая. Это яалеяие рассмотрено в пятой главе.

В связл с эти дафрактогрзшы а отдельные рефлексы еннда-лпсь как с образца с уяе образовавшемся на поверхности валетом, так а с очищенной я покрытой слоем вакуумной .сиазни поверхнос-тя. Из всех испробованных покрытий вакуушая смазка наиболее эффективно замедляла рост налета.

Сравнением наборов значений рассчитанных для структуры типа СбС1 углов дифракции с угловыми коордязатана максимумов . рефлексов, экспериментально определенными по дафрактограымамД *

было проведено индацирование дифракционного спектра твердого раствора. При этом обнаружились некоторые особенности спектров,• например, присутствие ряда дополнительных линия, не входящих в рассчитанный набор, асимметричность профилей большинства линий, а также то, что у некоторых линий с меньшим углом дифракции полуширина больше, чем у линий, соответствующих большим углам.

Выяснены причины наблюдаемых особенностей. Путем тщательного измерения угловых координат центров тяжести структурных линий определены постоянные решеток сплавов. Отклонения Измеренных значений от расчётного не превышает 0,5%.

Для анализа фазового состава образцов идентифицировались все внеструктурные Линии использованием картотеки Американского оощества испытания материалов (. АЭТМ ). Большинство дополнительных линия принадлежало дифракционному спектру кадмия, образующегося на поверхности ооразца. Кроме того, в спектрах образцов начала ряда зафиксированы линии окиси иттрия, а в образцах конца ряда обнаружены окиси цинка и лантана. Интенсивности дополнительных, линий (.кроме линий кадшя) малы и содержание дополнительных фаз по нашим оценкам не превышает 1%.

Анализ результатов иядацирования дифракционных спектров твердых растворов показал, что в спектрах образцов А1, А6, А9, АН присутствуют рефлексы с суммой дифракционных индексов обеих четностей, что характерно для примитивной решетки. В то же время на дифрактограммах образцов А2-А4 обнаружено отсутствие рефлексов с нечетной суммой индексов.

Можно было предположить, что это связано с хаотическим распределением редкоземельных и нередкоземельных атомов по И и М узлам кристаллической решетки. Такая решетка по отражательной способности идентична объемноцентрированной кубической решетке, в дифракционном спектре которой отсутствуют отражения с нечетной суммой индексов.

Другой возможной причиной отсутствия рефлексов с нечетной . суммой индексов в этих образцах может быть зависимость форм-фактора кристаллической решетки твердого раствора от стехио-метрического состава.

В связи с этим проведен теоретический расчет ингенсивнос-тей рефлексов дифракционных спектров для всех составов твердых растворов исследуемой системы. Расчет проводился для модели кристаллической решетки, в которой Я н М узлы занимают соотг ветственно редкоземельные и нередкоземельные ионы и замещения проводятся в соответствии с изменением состава образцов - У на1_ОСв подрешетке) и Сс1 ваХг) (в М подрешетке).

Согласно результатам расчета интенсивности рефлексов с нечетной суммой индексов с возрастанием 1 -вначале уменьшается, достигая мишшума при ^ОД + 0,2, затем увеличиваются вплоть до = Сравнение экспериментально измеренных интен-сивностей с расчетными показывает, что измеренные интенсивности рефлексов в основном соответствуют той модели кристаллической решетки 1типаСвС1). которая была принята за основу при проведении расчета. Если допустить, что отсутствие рефлексов с нечетной суммой индексов обусловлено зависимостью рентгеновского форм-фактора от состава твердого раствора, то можно считать, что все образцы обладают кристаллической решеткой типа

СбС1.

Однако нет достаточных оснований утверддать, что исключается возможность статистического распределения К и ЭД ионов по всем узлам решетки в образцах А2-А4. Окончательный вывод о структуре твердых растворов был сделан привлечением результатов магнитных измерений,

В четвертой главе приведены результаты измерений магнитных и электрических характеристик обеах синтезированных систем твердых растворов и их обсудпение в рамках известных теоретических представлений.

Магнитная восприимчивость X измерялась в интервале температур 77 - 300 К при пяти фиксированных значениях магнитного поля от 0,08 до 0,35 Тл. Экстраполяцией линейной зависимости

{/% к 0 определялись парамагнитные температуры Кюри 0р. Из угла наклона ^(Т) к оси температур определялся эффективный магнитный момент приходящийся на, ион 0с1 . Полевая "зависимость не.найшвдадась ни у одного из образцов, что свидетельствовало об отсутствии в образцах ферромагнитных примесей.

Таккм образом, в исследованном интервале тешератур образцы обеих систем проявляют парамагнитное^ поведение и для них выполняется закон Кюрл-Вейсеа. Эффективный магнитный момент несколько прзвшает расчетную дая Эс1 велкчину рз<р?> 7,94 //£.

Тешературная е полевая зависимости магнитного момента исследовались в интервале тешератур 5 - 300 К и магнитных полях 0,15 - 1,5 Тл. Построены изотерш полевой зависимости намагниченности 0 от кндукщш магнитного поля при восьми фиксированных температурах. Вжд этих кривых 6(В) характерен для ферромагнетиков. Получены значения спонтанных нагдагничен-ностей бд путем экстраполяции кривых шшазлгачашмсти к В=0. Построены криьые 65(Т), рассчитанные методом термо данамичес-ких коэффициентов, а также кравкэ температурной зависимости восприимчивости паранроцесса. Экстраполяцией функции (эз(Т}к 0 К определял«! споотанный иоыанг при нулевой температура 6$о. Ферромагнитные тешературы Кюри Тс определялись исподьзова-внэа теории фазовых переходов второго рода.

На рас. I приведены графики • зависимости 0р,Тс » образцов системы А от состава твердого раствора. Одинаковый характер изменения 6р. Тс а (эво указывает на единую причину и одни и тот аз иехакиза, ответственный ка такое поведение магнитных параметров. С изменением состава в образцах системы А происходят заиещэшя какСс|на2П, так к У на 1.0. Чтобы выяснить какие именно замещения (в редкоземельной ели нередкоземельной частях сшгава) ответственны за изменения магнитных характеристик, проводались аналогичные Езда-

рения на образцах системы В, в которых нерэдкоземельная часть оставалась неизменной По22Сс1 о,т?^ и замещения проводились только в редкоземельной частя пря тех т Хо > Оо» 2о • что п в системе А. Оказалось, что у образцов системы В магшмные характеристики практически не зависят от состава. Следовательно, можно считать, что изменения магнитных параметров систеш А обусловлены лишь замещениями Сс! на 2г> в нередко земелькой части сплавов.

Независимость магнитных характеристик от замещений в Я части сплава_объясняется тем обстоятельством, что эти замещения затрагивают только вторую координационную с<]эеру вокруг магнитного атома, тогда как -замещения в И части происходят в пербой координационной сфере, что естественно является более значительным возмущением магнитного атома.

Рассмотрен возможный механизм, приводящий к уменьшению Эр ,ТС , а также 6$ о образцов начала и конца ряда. Предполагается, что в этих образцах значителен'эффект гибридизации 4| -уровня атома 0с1 и зоны проводимости. С возрастанием этого эффекта с одной стороны уменьшается величина локального магнитного момента ионаСс! » а с Другой - уменьшается константа 2 - \ взаимодействия, что в совокупности приводит к уменьшению

8р и Тс •

В теории РККИ парамагнитная температура Кюри определяется следующим выражением

9>°- с о®(9-1)гЗ(М)1Г(2к^) ,

КвЬр« Не

где 1. - число электронов проводимости, приходящихся на элементарную ячейку, Г(0) - постоянная 5 - обменной? взаимодействия, Кб- постоянная Больцмана,Ер и Кг - энергия и импульс Фергхи электронов проводимости, Г? - атомный объем, 0 - фактор Ланде, 3 - квантовое число суммарного момента магнитоактивного иона, р"(Х) = X С05^р-51П?С _ фу^щц^ рудергана - Киттеля.

В случае исследуемой систеш твердых растворов все величины, входящие в выражение 0р , постоянны. Если,, однако, учесть, что при замещениях в М части сплава изменяется степень гибридизации { - электронов с 5 -с1 зоной проводимости, то к по сто-

янной Г(0) добавляется член, зависящий от степени гибридизации (Кочарян А.Н., Овнанян П.С. - Ш 21,739 (1979)) .

При этом'Удается удовлетворительно описать экспериментально полученную зависимость 8[Д)'(пунктирная кривая на рис.1).

Другая возможная интерпретация обнаруженного подавления магнитного момента 6(1 основана на предположении о возникновении в образцах начала- и конца ряда твердых растворов антиферро-маинитных областей.

Однако исходя из экспериментальных и расчетных рентгеновских данных и сопоставляя кх с результатами магнитных измерений, удалось доказать, что в образцах нет областей с антиферро-шгшгашш упорядочением ж окончательно убедиться в том, что вось. исследованный ряд твердых растворов кристаллизуется в ре-шзтку тепяСбС!.. При этом учитывались закономерности в зависимости типа магнитного упорядочения соединений Сс1М от концентрации электронов проводимости (см. стр. 7).

Измерз кия намагняченностм в магнитных полях до 9 Тл показали, чю у всех образцов, кроме А1 в АН, наступает насыщение а щгннтный момент достигает значения 7/1 в- максимального значения для иона 6с1 . Это указывает либо на неколлинеарность магнитной структуры в нулевом поле, либо на значительную шгннтокржсталлЕчесхузо анизотропию, препятствующую установлению шгннтного момента вдоль приложенного магнитного поля.

Температурные зависимости удельного электросопротивления образцов характерны для ферромагнетиков, что выражается в наличии на графиках р(Т) небольших изломов в области температур Кюри. При более высоких температурах эта зависимость практически линейна. В области гелиевых температур на графиках всех образцов наблвдаются не зависящие от температуры участки. Остаточное сопротивление образца рост, определялось экстраполяцией р(Т)к нулю температуры. Значениярост.ъ зависимости от состава удовлетворяют уравнению

¿>ост(Ь) = 370^ 3351+330.

В бинарнвх непрерывных твердых растворах, в которых изменение зонной структуры незначительно, остаточное сопротивление пропорционально . £ II - I-), и максимум сопротивления приходит-

ся на состав с I = .0,5. Поскольку для исследуемой системы концентрационная зависимость остаточного сопротивления имеет квадратичный вид, можно предположить, что возрастание остаточного сопротивления в области I~ 0,5 обусловлено хаотичностью замещений по объему образца Сс1 на и У на 1_0. , что приводит к неравномерному распределению кристаллического потенциала, при этом зонная структура заметных изменений не претерпевает.

Начальная' магнитная восприимчивость измерялась в переменном поле с амплитудой напряженности Н0~4 Э в температурном интервале 4,2 - 300 К. Эти измерения проводились с целью выявления возможных фазовых переходов, на обнаруживаемых другими методами.

Измерения показали, что в исследованном температурном интервале других фазовых превращений, кроме перехода ферромагнетизм - парамагнетизм, не происходит. Температуры этого перехода для всех образцов по измерениям начальной восприимчивости практически совпадают с Тс» полученными из измерений намагниченности.

Пятая глава посвящена исследованию явления спонтанного образования кристаллов кадмия в поверхностном слое образцов начала ряда твердых растворов и разработанной методике разделения накладывающихся дифракционных"рефлексов с изменяющимися во время съемки интеасивностяма.

Динамика роста слоя кадмия изучалась рентгенографически записью на диаграммной ленте изменения максимума интенсивности

одной из линий кадмия со временем после очистки поверхности. Вместе с ростом интенсивности линий кадмия падает интенсивность линий твёрдого раствора, так как рентгеновские лучи, падая и отражаясь от основной решетки, дважды проходят через нарастающий слой кадмия. На рас.2 приведены графики изменения интенснвностей

-18 1

линий кадмия (002) (графики I и 3) и твердого раствора (ПО; (графика 2 и 4) со временем после очистки поверхности без нанесения защитного покрытия (графика 1 а 2) и сразу же после очистки покрытых слоем вакуумной смазки (графики 3 и 4). Эти графики получены на образце А1, в которой содержание кадмия максимально. У образца А2, в котором часть кадмия замещена цинком, скорость роста максимума линии кадмия и, следовательно, слоя кадмия резко снижается.

Обнаружено, что кристаллизация кадаия происходит только при наличии кислорода в окружающей среде. Предложен механизм, объясняющий этот эффект, оценена максимальная толщина образующегося слоя.

Угловые координаты некоторых дифракционных линий образцов и чистого кадашя близки друг к другу и на дафрактограммах происходит их наложение. В^еттуации, когда в процессе съемки интенсивности линий меняются, их разделение невозможно проводить известными методами. Была разработана методика разделения таких линий использованием временных и угловых зависимостей интенсив-ностей каждой линии. На примере перекрывающихся рефлексов (211) образца А1 а (103) кадашя подробно рассмотрена разработанная процедура разделения. Рассмотрено также разделение некоторых других рефлексов.

вывода

1. Рассчитана и синтезированы две серии модельных многокомпонентных твердых растворов, в которых с изменением состава остаются неизменными концентрации магнитоактивных ионов и электронов проводимости, а также постоянная кристаллической решетки, но изменяется только окружение магнитоактивного иона.

2. Проведен детальный рентгенографический анализ образцов основного исследованною ряда твердых растворов. Расшифрована структура, определена постоянная решетки, посредством фазового анализа оценено качество образцов.

3. Исследованы магнитные и электрические свойства образцов, их температурные и полевые зависимости. Показано, что при температурах выше Те магнитная восприимчивость следует.закону Кюри-.

Бейсса с магнитным моментом, близким к ожидаемому.

Полевые зависимости намагниченности характерны для ферромагнетиков. Определены парамагнитные и ферромагнитные точки Кюри, ферромагнитные моменты иона гадоллния в каздон из сплавов.

4. Для основной исследованной системы Ссистема А) показано, что магнитные характеристики являются функцией состава. Сравнение с данными вспомогательной системы В убеждает в том, что такая зависимость обусловлена замещениями в нередкоземель-' ной части сплава. Рассмотрена возможная причина наблюдаемого изменения магнитных свойств.

5. Путем сравнения рентгеновских и магнитных данных и рас-.четом зависимости отражательной способности решетки каждого сплава от состава доказано, что обнаруженное поведение магнитных характеристик не обусловлено наличием антиферромагнитннх областей.

6. Обнаружено явление спонтанного выхода кадоия на поверхность образца с образованием кристаллической решетки. Исследована динамика процесса, предложен механизм, объясняющий явление. Оценена толщина образующегося на поверхности слоя кадмия.

7. Разработана рабочая методика разделения накладывающихся друт на друга дифракционных рефлексов с изменяющимися в процессе рентгеновской схемки ингенсивностями.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Адамян В.Е., Арцруни A.A., Бенайсса А., Меликян М.А. Способ подбора относительных количеств компонентов для получения модельных магнитных.сплавов с кубической структурой.-Межвузовский сборник научных трудов. Физика. 1987, вып. 8-9, с.272 - ¡¿75.

2. Adamian V.E., Artsruni A.A., Benaissa A., Kocharien A.N., Meliiien M.A. The Influence of Certain Controllable Parameters on the Magnetic Properties of Multicoraponent Solid Solutions with CeCl Structure.- Proceedings of 24-th Ampere Congress. Poznan, 1968, p. 983-989.

3. Ддамян В.Е., Арцруви А.А., Бенайсса А., Меликян Ы.А. Маггштше характеристики некоторых многокомпонентных твердах растворов с контролируемыми параметрами со структурой хлористого цезия,- Тезисы докладов на ХУИ Всесоюзно! конференции по физике шгнитных явлений. Калинин, 3-6 октября 1988 г., с. 64Э«650.

4. Адаыян В.Е., Арцруш ¿.А., Бенайсса А., Маюшш М.А., Мел. конян А.В. Цапштлый сплав.-Авторское свидетельство

» 1495388, 1989 г. :

5. Adamian V.E., Artsruni А.А., Benaiasa A., Kocharian A.M., Melikian М.А. and Toneian. A.G. Magnetic Properties of Model Multicoraponsnt Compounds of CsCl Structure.- Phys. Stat. Soi. (b), 1j>6, 1989, p. 633-640.

6. Адаиян B.E,, Арцруна A.A., Бэнайсса А., Кочарян A.H., Мелакш М.А. ¡'одздькые кахнитные сплавы: прщенЕшотъ прайшаеавд РККИ.- ЗШ й 5, 1990, с. 197-198.

7. Арцруш А.А., Абовян Э.С., Адашн В.Е., Меликян М.А. .

0 возаэшой связи структурных особенностей с изменением иагшгного коиента твердых растворов (Gdx^Cfl.^iYo-xaKM) )

1 ZntCd(4 ). Реатгенографаческий анализ.-Меквузовсклй сбор-ндк Еаучнах трудов. Физика. 1992, вып. I, с. 32 - 39.