Обменные взаимодействия и фазовые переходы в соединениях RCo3 (R=Ho, Tb, Y) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР УРАЛЬСКОЕ СШШ11ТЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗЯАККНИ ИНСТИТУТ ШЗККИ КВГАЛЛОВ

На правах рукописи

КАРАМАН Ираида Дмитриевна

УДК 669.95 865:537.621. Г.

ОШШПШ ВЗАИШ ДЕЙСТВИЯ И ФА30В1Л? ПЕРЕХОД»

в соединениях ЯСо3 (Я-Но, Т§>, У )

01.04. II - Физика магнитных явлений

Автореферат

Диссертации на сопскшше ученой степени кандидата фкзпко-математических наук

Екатеринбург 1991

Работа выполнена в лаборатории магнитной нейтронографии Орлана Трудового Красного Знамени V чзтитута физики метши ов у[>0 All СССР п лаборатории кафедры фивики lie use некого ИСИ

Ниучпиа руководителе?;

доктор технических наук, профессор С.К.СИДОРОВ

кандидат физико-математических наук В.В.КЕЛАРЕВ

Щ ицяаль'ше ошюианты: доктор физико-ыате.^агйческлх ипуи,

старший научный сотрудник

A.С.ЕРМОЛЕНКО

кандидат физикс»»цатематичеоккх наук, старший научлкы сотруднла

B.Г.ЗУБКОВ

iJi^yneo предприятие ■>■. Институт флзшш твердого тела и полупроводников All БССР, г.Манок

М» }

гпп Я I I Я I

Тацита диссертации состоится " ' ' "_>_ 2992 I1.

а____часов" ¡к заседании специалиэиролшшого совета

К 002.03.01 при Институте физики металлов УрО АН СССР по ад{>ису г.Е:сатеринбург, ГСН-Ш, ул.С.Ковалевской, 10.

О диспорт.-цшей можно ознакомиться в библиотеке Институт;! ¡]-..:шки ¿¡е-галлов УрО АН СССР

Автореферат разослан " & "_У И

iiiSI г.

уutjiiij;'. cuk|«jt{j;jl --

ciiciiia'i.iSHpofcaiiHoro совета ^

п,пд. ■|'изикс-ч,,:1юматических наук Ж)-t-sS^ в.Р. 1'алахой

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теь-к. Бо.швоо внимание п последние годы уделяется изучению соединений редкоземельных 4 -переходных элементов (в дальнейшем Я ига РЗ) с Зо1-метадяами группы железа. Эти соединения обладают целым рядом своеобразних свойств и их изучение несомненно способствует дальнейшему развитию представлений о Магниткой природе твердах тел. Материалы на основе R. - cL-cectom находят широкое применение в различных областях промышленности и техники.

Для установления обгщх закономерностей формирования магнитных свойств (4^ - 3d) интвркотаялидоа необходимо сио-те?;лтическоа исследование соединений с разной стэгкокетркей и сопоставление полученных результатов.

Интерметаллическко соединения с Со, обладащкэ огромно* магнитной кристаллической анзаотришей болыга других применяется в практике. Из ряда R - Со канбехяоо полно ксследованы соединения со стехиометрией ЙСо^- , в которых атеш (I аалп-мавт одну, а атома Со две различила позиции. С увэдичениг-л концентрации редкоземельных конов происходит уолегнение кристаллической структуры и появление новых поэквягадентных позиций.

При анализе обмена важной характеристикой является рао-отояние между взаимодействующими атомами. По расстояниям кея-ду £ -ионами соединения системы R-Cо моано разделить на 2 группы. В первую входят наиболее полно исследованные соединения со стехиометрией 2:17 и 1:5, в которых /£-иопы разделены атомами Со. Расстояния между ними (0,4 г 0,5 Юм) существенно превосходят удвоенный радиус трехвалентного £ -иона (2т « 0,316 Ю м). Обменные взаимодействия ке^ду Я-ионами на таких расстояниях пренебрежимо малы«-

В соединениях, входящих во вторую группу (стехиометрия 2:7, 1:3, 1:2) имеются 2 типа £ -ионов: й^ и Ионы /3, находятся друг от друга на таких еэ практически расстояниях, как И -ионы в соединениях 1:5 и 2:17 и можно ожидать, что взаимодействие также малы.

Расстояния между ионами Йг такие же, как расстояния между ионами в чистых редкоземельных металлах, в которых, судя по высоким Тк (Т . * 3-0 К), обменные взаимодайстш-я ь пп~

3

рах 9довольно велика. Вследствие этого, упорядочение магнитных моментов атомов Сг может осуществляться не только за счет обменного взаимодействия й -ионов с Со - годрешеткой (как в соединениях типа 1:5 и 2:17), но и благодаря обмену между самими ионами этого типа. Выяснение вопроса о взаимодействии 64 чрезвычайно важно для понимания магнитного поведения второй группы оединений, однако до сих пор этот вопрос не обсуждался и даже не ставился. Взаимодействиями й- й. просто пренебрегали.

Наиболее удобными для исследования этого общего дал всей второй группы вопроса являются соединения со стехиометрией 1:3. Соединения типа 2:7 намного сложнее, а 1:2 содержат только ионы типа йг . В соединениях £СоА , кроме того, имеются благоприятные условия для изучения роли симметрии и состава окружения ионов на формирование их свойств.

Цель и задачи работы. Провести подробное нейтронографи-ческое исследование соединений ИоСо3и ПСол в широком интервале температур, включающем температуру Кюри для изучения магнитного состояния этих соединений.

Определить магнитные моменты редкоземельных и кобальтовых атомов, построить температурную зависимость намагниченности подреше'ток, оценить парпетры обмена 1 анизотропии в соединении НоСо3и Т&Соь . Сопоставить в этих соединениях свойства Л -ионов в разных позициях.

Исследовать теплоемкость соединения НоСс3 в интервале температур ,4,2-300 К без приложение магнитного "оля. Провести анализ обменных взаимодействий. В рамках метода молекулярного поля по регулярной составляющей магнитного вклада в теплоемкость, оценить величину обменного интеграла • По виду особенностей на температурной кривой теплоемкости ( Ср ) соединения НоСол сделать вывод о характере фазовых переходов, связанных с переориентацией магнитных моментов (СОП плоскость - ось).

Научал новизна. Впервые проведено подробное нейтроно-гра^ическое исследование интерметаллических соединений ИоСо3 и 1бСол в широком интервале температур, включающем температуру Кюри. Проведена теоретико-групповая аттестация их магнитной структуры. Впервые на примере соединений НоСо^ и УСо3 исследована теплоемкость соединений типа .

Обнаружено различно в поведении намагниченностей неэквивалентных редкоземельных подрешзток в НоСо5 . Дана интерпретация поведения )1ц0, на основе имеющейся в литературе модели, использующей представление о значительном влиянии кристаллического поля на энергетический спектр рассматриваемого Я -иона, что приводит к зависимости намагниченности £-под-решетки от ориентации редкоземельного магнитного момента в кристалле.

Показано, что интегралы межподрзшетсчного обмена в соединениях НоСо3 и ТВСо3 и'соединениях&Со^ о "¡теми не редкоземельными элементами имеют близкие значения.

На основе анализа температурной зависимости 11 регулярной части магнитного вклада в Ср соединения НоСо^ сделан-вывод о существовании в этом соединении (и, очеввдно, в других соединениях типа йСс^ ) сильного (сравнимого с межподре-шеточным) обмена мевду I? -донами, находящимися в позиции 6( С ).

На кривой Ср(Т) соединения ИоСол впервае обнаружены три ярко выраженных особенности и по их виду установлен характер магнитных спин-ориентационных переходов.

Практическая и научная ценность. Полученные в работе сведения о соотношении величин обменных интегралов, характеризующих внутриподрешеточныЯ ( -/?ч и ) и шяподреше-точный (£-Со) обмен в соединениях КСо^ необходимы для корректного описания тешературной зависимости намагниченности неэквивалентных редкоземельных подреаеток в этих соединеноях.

Устаноплешше значения обменных интегралов могут бить использованы для анализа тешературной зависимости констант анизотропии Л^и .

Выводы о существовании в НсСо3 и ТКСо3 значительного (сравнимого с межподрешеточнгч) обмена между Ц -ионами,рас-положенными в ближайшем соседство, может быть распространен на соединения с другими £ , а также на соединения о другой стехиометрией (например, йгСс^ &Сог ).

Установление характера фазовых переходов в НоСо^ опоооб ствует углублению представлений о магнитной природ'? редкоземельных, интерметаллидов о конкурирующей магнитной криотатли-ческой анизотропией.

Показана высокая эффективность калориметрических методов в изучении магнитной природы соединений типа РСо3 .

Полученные в работе основные магнитные характеристики соединений /? = Но , Т€>, У ) могут 'служить справочным материалом и имеют большое практическое значение для получения материалов с требуемыми физическими параметрами.

Автор защищает.

1. Результаты нейтронографического исследования магнитной и атомной структуры соединений НоСх^п Т&Со^ в интервале температур 4,2-700 К.

2. Вывод о том, что К. ионы в соединениях

ТЪ ), находящиеся в позиции 6(С ) (являщиеся ближайшими соседями), вносят большой, сравнимый с обменом Со вклад в энергию обмена внутри редкоземельной подрешетки ( Вы-

вод о близости обменных интегралов 1д-Со . в соединениях с одинаковыми й , но с разной стехиометрией Й.Сс3 и (?/? = Но, ТЕ>). Рес'льтаты оценки параметров межподрешеточного (.1 -С<£>) обмена в НоСо^ и- Т£>Сол .

3. Экспериментальное подтверждение на примере соединения И о Со^ влияния магнитной кристаллической анизотропии на намагниченность подрешетки, составленной из редкоземельных ионов в позиции З(а-). Обнаружение эффекта анизотропии "емаг-ниченности этой подрешетки. Результаты оценки величин констант анизотропии ti.fi0 и ' хаРшстеРизУ1°ц'их энергию анизотропии неэквивалентных редкоземельных подрешеток в соединении НоСол.

4. Результаты исследования теплоемкости соединений НоСо, и в интервале 4,2-300 К; определение коэффициентов

и , а также температуры Дебря Тр соединений У о ,

Вывод 5 характере магнитных фазовых переходов соединении НоСо^ '

5. Результаты анализа температурной зависимости магнитной составляющей теплоемкости соединения НоСо^ и оценки величины энергии обмена в паре Но^-Но^в соединении из калориметрических данных.

Апробация работы. .Основные результаты, изложенные в работе , докладывались и обсуждались на Всесоюзных созео[аниях по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях по фх?»

б

ке твердого тела (Ленинград-Гатчина, 1983; Рига-Юрмача,1985; Свердловск-Заречный, 1987, 1989), на Всесоюзных конференциях но физике магнитных явлений (Пермь, 1981; Тула, 1983; Ташкент, 1991), на Всесоюзном семинаре по магнетизму редкоземельных сплавов (Грозный, 1988) и'на 1У Всесоюзном координационном совещании педвузов по физике магнитных явлений (Иркутск, 1936), симпозиуме по магнетизму редкоземельных соединений (Москва, МГУ, 1989). По материалам диссертации опубликовано 5 статей, тезисы на пяти Всесоюзных конференциях и на Международном симпозиуме по магнетизму интерметаллических соединений (Киото, Япония).

Структура дисдертации. Диссертация состоит из "Введения", четырех глав, "Общих выводов" и "Приложения". Работа изложена на 144 страницах, включая 20 таблиц, список цитируемой литературы, содержащей 96 наименований и 30 рисунков.

СОДЕЕНАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность тем! исследования, сформулирована цель и задачи работы, отмечается научная новизна и практическая ценность полученных результатов и приводятся положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен'литературный обзор о кристаллической и магнитной структурах соединений RCcj , включая материалы, появившиеся во время выполнения данной работы. Кратко обсуждаются вопросы об обмешшх взаимодействиях и магнитно-кристаллической анизотропии (Г.КА) соединений ß-Co.

В качестве ооъекта исследования были выбраны соединения ßCoj н ß=Ho,T£,Y . Первое обладает уникальным по своему характеру СОП. По данным магнитных измерений (Щербакова Е.З., Ермоленко A.C.) в соединении ЙоСол в интервале 4,2-55 К ось лёгкого намагничивания (ОЛН) араллельна оси £> , выше 55 К ОЛИ становится параллельной оси си и отклоняется от базисной плоскости на угол -"15°, реализуется магнитная фаз,а с трглля ОЛН, не совпадающими с основными, кристшиюграфпческнлт направлениями в кристалле. Ото "скошонное" магнитное состояние сохраняется до 205 К. В интервале 205-235 К происходит д:ш>-uefoww переориентация и нише '¿35 К ОЛИ совпадает с г/;ш с .

Это обстоятельство (наличие перехода) создает условия для наблюдения эффектов, связанных с МКА. Ваяно, что На и Тё> имеют значительные магнитные моменты и, следовательно, большой магнитный вклац кш« в теплоемкость, так и в картины дифракции нейтронов. Соединение YCо3 полезно для сравнения.

Анализ литературы показывает, что исследования соединений RCo3 далеки от завершения. Нет сведений об обменных ин- . теграпах, характеризующих межподрешеточный (1 %гс.0> .q,) и внутриподрошеточный ) обмен и пара-

метрах, характеризующих анизотропию ßi и . ^-подрешеток. Совсем не изучены тэрмодинамттческие характеристики, поведение которых несет информацию о магнитных свойствах этих соединений и характере.наблюдаемых температурных фазовых переходов. -

Все это и определило выбор нейтронографического и термодинамического (измерение теплоемкости11 методов исследования при решении задач, поставленных в работе.

Приведено соотношение феноменологической теории МКА (Ир-хин Ю.П., Розенфельд Е.В., Ермоленко A.C.) соединений /2-Со, связывающее намагниченность любой R-подрешетки с параметрами межподрешеточного обмена, константами анизотропии и ориентацией магнитных моментов R-ионов (по отношешш к кристаллографическим осям). Отмечено, что указанное соотношение использовалось только для анализа свойств соединений RCo¿ в которых данные о поведении одной редкоземельной подрешетки могут быть получены как из нейтронографических, так и из магнитных измерений, поскольку данные о Со -подрешетке в этих соединениях можно получить из результатов '-.ммерений на YCo^.. В соединениях о несколькими А-подрешетками, какими являются соединения RCo¿, изучение температурного поведения на магниченностей каждой из подрешетег невозможно без привлечения нейтронографических методов измерений.

Во второй главе описаны исследуемые образцы, нейтроно-графическая и калориметрическая установки, и методики, используемые при обработке экспериментальных данных.

Слитки соединений О.С.оъ(£. - Но , Tß>, Y ) приготовлены индукционной плавкой в инертной среде (аргон). Образцы подвергались гомогенизирующее отжигу при температуре 1320 -1420 К с г-следуюпдам быстрым схлгвдением в атмосфере чистого

гелия. базовый анализ и магнитные исследования методами рент-гено- и нейтронографии выполнялись на поликристаллических образцах. Рентгеноструктурные исследования проводились при комнатной температуре на аппарате "Дрон-2" с использованием

tu-K-jr излучения.

Нейтронографические исследования проводились на дифрак-тометре, установленном на реакторе ИВВ-2М. Использовался пучок нейтронов с длиной волны Л = 0,128 10~®м.

Измерение теплоемкости проводилось па установке УНГО (установка низкотемпературная образцовая) с использованием вакуумного адиабатического калориметра.

Измерение температуры калориметра с образцом осуществлялось германиевым термометром сопротивления ТСГ-2 в температурном интервале 4,2-20 К с погрешностью - 0,05 К, а в области температур 20-300 К - платиновым термометром сопротивления ТСПН с погрешностью - 2 К.

Даш методики уточнения параметров решетки, координат атомов и определения магнитной структуры. В конце главы даны формулы оценки погрешностей в определении измеряемых и расчетных параметров.

В третьей главе приведены и обсуждаются результаты '..ей-тронографических измерений.

Главная цель этих измерений в данной работе - определение параметров обмена, характеризующих обменные взаимодействия между атомами в редкоземельной подрешетке (внутриподре-шеточный обмен) и редкоземельными атомами с Со -окружением. Корректное построение необходимых дон этого температурных зависимостей магнитных моментов (ММ) подрешеток невозможно без надежных сведений о магнитной и кристаллической структурах (МО, КС) соединения. Регулярный исчерпывающий анализ МО необходим и для обоснования концепции, применяемой нами при объяснении овойств соединений £ - Со, основанной на зависимости энергетического спектра R -иона от ориентации его ММ. Дело в том, что в литературе существует альтернативная концепция, .базирущаяся на представлении о зависимости волнового вектора liC от ориентации векторь намагниченности £ -подрезки.

Показано, что волновой вектор Г,1С i? = о (магнитная и атомная элементарно ячейки совпадают) вплоть до и, таким

'э

образом," решзн вопрос о выбора !.:одплл.

На OCKOBS развитого недавно ьатода сшаатрийного анализа (Изшов Ю.А., Hafer В.Б., Патров C.B., Сыромятников В.Н.) установки перечень магнитных мод, допустимых симметрией кристаллической рзаеткн иоегодуодзис соединений (С!~юмятни-ков В.Н.) н на его основе проведена теоретико-групповая аттестация их MC. С допустимой точность*) во всем температурном интервале Hotos и TÊCcj молено считать фзрржлагнетике'.и. Углы ориентации Ш совпадают полученными в литературе из магнитных измерений.

Структурная аттестация" проводилась по рентгенограммам, снятым при 300 К и нейтронохрашам, полученным в парамагнитной области. Взаимное расположение рефлексов и их интенсивности подтверждают, что рассматриваемые соединения действительно имеет структуру типа Рц(пространственная группа R Зт ). О7новремзнно с опрэдзлением параметров ячейки уточнены координаты атомов л проведен расчет мекатошых расстояний ' в соединениях НоСо^ и T6ùo2 .

В соединегошх ßCoj, в отлнчео от й Со&- £-ионы занклаш две неэквивалантнае кристаллографические позиции (-3(a), R2 - 6(c)). Окрукешо атомов ßf и Йг существенно отлич-лтея. Атом /?/ имеет в ближайшем соседстве только 18 атомов Со, тогда как вбли'ч атома йг помимо 12 атомов Со, находятся три таких же атома . Симметрия редкоземельного окружения атома Ri - гексагональная, ß2 - кубическая. Таг.е различие в окружении определяет индивидуальность в поведении Rt- и йг-под-решеток.

Построенные по данным нейтронографии температурные зависимости намагниченностей редкоземельных подрешеток в ИоСол J^Ho/^ и fl'Hog^ отличаются по виду (см.рис.1). Первая имеет сложный характер. Отчетливо видно, что она состоит из трех участков. Средний, наиболее крутой, совпадает по температуре с поворотом Ш Hö/ от угла У (угол между базисной плоскостью и J&tfof ) равного «-15° до у = SO . Подобное поведение намагниченностей Я -подрешетки, связанное со сменой ориеьтацш* Ш в кристалле, наблюдалось ранее на соединениях RHo^R- Но ', ТЬ (Ермоленко A.C., Пирогов А.Н. и др.) и

св. ?ыбалось с зависимостью намагниченности /2 -подрешетки от направления Ш R-подрешетки, т.е. с анизотропией намагни-• • 10

ченности. Можно, по-видимому, признать, учитывая, что МКА соединения /?Со3 очень выоока (она сравнима с анизотропией соединения КСо^-), что наблюдаемое в настоящем олучае проявление имеет ту же природу.

Кривая монотонна. Из сравнения кривых и

^(Т) делается вывод о преобладании вклада подрешетки в анизотропию соединения НоСол .

Проведен количественный анализ обменных взаимодействий. В рамках теории молекулярного поля, намагниченность Я -подрешетки, как было показано на соединениях ЙСо^- , может быть связана с параметрами межподрешеточного и внутриподрешеточно-го .обмена и параметрами шшэотропии следущим выражением:

•ехр Ъ/21

г - (I)

где ¡¡¡. „^ , ~ параметры обменного взаимодействия

1-ой Я -подрешетки с соответствующим Со и & -окруканиэм; П. - проекция момента /2 -иона, на направление вектора намагниченности £ -подрешетки; < относительная намагниченность Со -подрешетки; ^ - полный угловой момент £ -лона;■ ородний опин атомов Со в ближайшем'окружении К -иона; « % . углы между векторами , - Со подреша-

ток а"осью с? ; /С^. - микроскопическая константа МКА /-ой й -подрешетки; - число й. -ионов в ближайшем окружении

»-го Ц -иона; Яц-с^- число атомов Со в ближайшем окружении / -го £ -нона; - постояпяая Больцмана.

• Если положить 1Но 4-6 К, что близко к значению /ць-с. дли /2СоА- , то, варьируя 1Но .щ и ¡с% до совмещения расчетной кривой о зкспер1Ш81ГГатап«."г точками » а ' до "»лучшего согласия Ц, (Т)

• л/ г * Г|ог у Ц»

о набором jtf Ho¿» "Олучи„1 следующие значения параметров: hot-Hcf 0±IK, )CHof=2±2,5 K,

^-%=4ÍIK. IK.

Поскольку равенство интегралов, характеризующих межпод-решеточинй обман в первой и второй подрешетках кшкется физически реалышм, из проведенного анализа следует, что интеграл 11/0 имеет в соединении ИоСо3 значительную величину: т и lff0_ q0 прчтп совпадают. Таким образом, можно за-

кЖ^Гть,'что обмен ^ соединении НоСол между расположенными в непосредственном ооседствс атомами Ho¿ сравшш с межподреше-точным (Ш) обменом и играет важную роль в форчир(звании намагниченности Ho¿ -подрешетки.

К такому же выводу приводит анализ кривых JlfaíТ), (Т) (рис.2), восстановленных по д. иным дифракции нейтро-, лов на соединении T&Coj . Полагая и в этом случае, что ^ТЬг-Со = как (Пирогов А.Н.) получаем наилучшее

согласие рг"четных кривых jílj¿ (T) и fljjd) с экспериментальными, если JTCtf-Té/55 0» Iréz-TÍ^K- '

Таким образом, на наш взгляд, можно обобщить эти результаты на все соединения RCo3 и сделать заключение, что в соединениях типа ЙСол обмен между R. -атомами, расположенными в непосредственном оооедотве, сравним по величине с межподр^ неточным обменом и его оледует учитывать при анализе свойств отих соединен.:!!.

В заключение отметим, что при анализе зависимостей Jljl (т) и Jtí^(T) мы пренебрегли магнитной кристаллической анизотропией, т?е. вынуждены были принять "априори" константы líy¿ и /Сп равными нулю. Для второй это, по-видимому, справедливо, т.к. в случав соедлнения НоСа, ~0. Можно думать, что это не поалияло существенно на полученное значение IjifCo* П0СК0ЛЬКУ температурный ход Jljfa, обусловлен, главным образом, мехподреоеточным обменом.

Эти приближения обусловлены тем, что ООО в ЧСол, где могут проявиться аффекты анизотропии, вводится непосредственно вблизи ?к. Намагниченность Tt> нтодремтл иись наш, иовтоацг аффекты, обусловленные ее (намагниченности) аависи-миотыв от ориевтацщ в кристалле выявить трудно. Поэтому и

12

кривые и ^щ(Т) не были исследованы так подробно,

как это сделано для ИоСо3 .

В четвертой главе изложены результаты исследования теплоемкости соединений НоСо3 и ХСол в интервале температур 4,2300 К без прилояегая внешнего магнитного поля.

Изучение таких термодинашгческих функций агнетцков, ' как теплоемкость, представляетосоОый интерес, так как позволяет обнаружить магнитные фазовые переходы и установить их границы, а также аттестовать эти переходы по характеру. Кроме того, магнитный и:.гад См в теплоемкое 'ь содержит оведения о многих фундаментальных характеристиках магнетиков, таких, например, как магнитные моменты атомов, обменные интегралы и т.д., что позволяет, при определенных условиях, из полученной экспериментально-магнитной составляпцей теплоемкости оценить интересующие неизвестно величины. Не смотря на такие возможности, теплоемкость ни одного из магнетиков из серии ЙСо3 до настоящего времени не исследовалась.

Полученные в данной работе температурные.зависимости Ср(Т) ИоСол и Ср(.Т) УСолприведены на рис.3, 4. Видно, что кривая Ср (Т), полученная на соединении ЧСо3 , в котором по существующим данным никаких переходов в рассматриваемом. тегл-пературном интервале нет - монотонна. На зависимости Ср(Т) НоСс^ имеются три отчетливо выраженные особенности, совпадающие по толожению на оси температур о выявленными магнитными спин-ориентационными переходами, и, без сомнения, обусловлен ные ими. Первая особе ность ( ~ 55 К) предстает в виде узкого пика ( 3"-функция) на (^(Т). Она отвечает резкому, практически скачкообразному отклонению вектора Ш кристалла при ~ 55 К от плоскости основания на г 15° и характеризует этот СОП, как фазовый переход первого рода.

Другая особенность сильно размыта. Можно считать, что она расположена в том же температурном интервале ( ~ 205 -234 К), где происходит дальнейшая переориентация ММ крнстат-ла, где он изменяет свое направление на У- 75 (от У = 15 до У= 90°) и становится параллельным оси в . По характеру Ср (Т) на этом участке напоминает аномалию сопутствуюгцую СОП в ЙС^, исследованному на примере ЫЛСс^ Здесь тоже имеется крутой подъем и спуск, два излома и плато. Исходя из это-

13

го, по-видимому, можно считать, что второй ООП ь HcCoj с термодинамической точки зрения осуществляется, как и в R Соа-в результате двух фазовых переходов второго рода, один нз которых соответствует началу, а .второй концу переориентации ММ от - 15° до 90°.

Дается объяснение наблюдаемых СОП на основе кшвдзЗся с литературе интерпретации. В НоСо3 переход вызван конкуренцией анизотропна Со г и двух С-содратеток, различающихся характером анизотропии, т.е. направлением ОЛН и, очевидно, температурной зависимостью констант анизотропии. Происхождение фазового перехода первого рода скорее всего обусловлено ионш.щ /?г , находящимися в кубическом кристаллическом поде, в которых СОП всегда является фазовым переходом первого рода (происходит окачком).

Проведен количественный анализ регулярной части магнитной составляющей теплоемкости Сп , полученной как разность

(Т) rioCvj ** Cp^hcCoj - (pao.5). До темпера-

туры ~ 120 К, как показывает оценки, магнитный вклад в Ср YCo¿ пренебреиало мал и им можно пренебречь. Выше этой температуры такое определение С^ ИоСо^ становитоя некорректным н его анализ лишен смысла.

Наиболее интересен и удобен для анализа регулярный (баз особенностей) участок экспериментальной кривой ц0£0 в

интервале 60-120 К (ом.рис.5). В этом интервале температур вклад в См НоЕо^ , обусловленный взаимодействиями Нс^- Ногна~ иггалее велик: зависимость от Т произведения 6g , определяли го характер кривой Q.JТ)н и имеет максимум на участке IOO-IIO К. М НогГН°г

В рейках теории молекулярного поля связь магнитной со-сгавллш^й теилое1ИКОсти с обменными параметрами и другими характеристиками магнитного состояния двухподрешеточного магнетика с ьнутриподрешеточшм и-ыеяподрешеточным обменом может бить шра&еиа аналитически:

<v

- г ^¡Co-Co ho-CoSbCo4&£-.

О)

где Со3 Afe,

£r~R • fCo-Co ' -R-C0 ~ [Co-& ~ 0(5мешше Интегралы внутри-подрешеточных и мэжподрешеточного обмена; j £-квантовые числа полного механического и спинового моментов °-иона и атома Со соответственно; Д1д , -доля R и Со-узлов на формульную единицу, ^.д-числп R -узлов соседей R -узла; ^.¿^число Со-узлов соседей Со-узла; З^.^-число Со-узлов сооедей £ -узла; ^.¿-число R.-узлов соседей Со-узла; б^ и относительные намагниченности Я и Со-подрешегок.

Первое слагаемое обусловлено ^ -Ар , второе Со-Со взаимодействиями, а третье - мгтподрететочным обменом ( ff-Co )• Од и 0Сои их производные по температуре

ЫЯц/ЫТ

параметры Iизвестны из нейтронографических я магнитных данных, Гс0_е К взят из литературы. При расчете-взаимо-

действиями меяду атома»® типа ^ пренебрегли.

Расчетная кривая СА}(Т) наилучшм образом совмещается с экспериментальными точками при То л = 4,1 i 0,5 К, что близко к значению, полученному из нейтронографических-дашшх.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые проведено подробное нейтронографическое исследование интерметаллических соединений НоСо3 и TèCo3 в широком .штервале температур, включащем температуру Кюр-'. Проведена теоретико-групповая аттестация магнитной' структуры этих соединений. Определены индивидуальные магнитные моменты ионов Но3 и Ч*3 (в позициях 3( CL) и 6 (С )) и Со (в позициях 3( Ь ), б(С ) и I8(h.)), а также■температурные зависимости намагни-ченностей редкоземельных подрепеток.

Впервые на примере Hoto3 и YСол исследована температурная зависимость теплоемкости соединений типа ШСол в интервале 4,2-300 К. Определены коэффициенты f(HoCoj)~ 0,047 Дк.моль К , ffYCcj)- 0,055 Дк.моль^К-2 и для соединения УСо3 температура Дебая (251.± 5), для НоСс (287 t 5)К. " - '

2. Обнаружено различие в поведении намагничекностей неэк-

15

швалентных редкоземельных подрешеток в ^оСс3 . Экспериментальная кривая (Т) в интервале 4,2 < Т «с Тк практически монотонна. Полученная в результате измерений зависимость }1ц0 (Т) имеет слозшый вид. Она состоит из трех разных по характеру участков. Первый участок отвечает состоянию с ориентацией и ]&>{0г параллельнр плоскости базиса или близкой с ней, третий.-.с ориентацией зтих векторов перпендикулярно плоскости базиса, и промежуточный участок на кривой совпадает с интервалом интенсивной смени ориентации н ст плоскости базиса к осп в , Дана интерпретация поведения на основа имеющейся в литературе модели, не-лаякущей т^редотпыгенле о Елачительнои влиянии кристаллического' поля на энергетический спектр редкоземельного ..она. В такой интерпретации характер кривой ^Д^(Т) свидетельствует о зависимости намагниченности подрешетки из атомов от ориентации вектора магнитного момента -по отношению к кристаллографические .осям (анизотропия намагниченности).

3. Показано, что имеющиеся в теории магнитной кристаллической анизотропии соединений £Со5 соотношение J(T) , связывающее намагниченность Й-подрешетки при произвольной температуре исключительно о параметрами мзжподрешеточного обмена 11 анизотропии позволяет удовлетворительно

описать намагниченность Д-подрешетки из атомов ¡^(позиция 3(0.)) в соединениях и ТЬСо3. Определены константы обмена Iн0г Со « -Со • Проведена оценка величин констант анизотропии и Пц0г(1(оСО)) ■ . Установлено , что '> К-Ног • т.е. подтверждается высказа1Шое в литературе мнение о том, что магнитная кристаллографическая анизотропия- Я -подсистемы в ЧоСоь (очевидно, и во всех соединениях ШСо3 ) обусловлена главным образом ионами, раепшгокеншыи в позиции 3(0,). Установлено, что интегралы межнодрешеточного обмена, в соединениях НоСо3 и ШСс^ и соединениях £Сол- с теми же редкоземельными элементами имешт бл,г<кие значения 1по-видимому, одинаков!.').

• 4. Установлено, что в соединении НоСо} в области сущес-

1ьоьанил магнитного порядка намагниченность редкоземельной нс-црешетки из й-ионов, расположенных в позиции 6(о ) и маг-н.;.шя составляющая теплоемкости в интервале 80-120 К (рогу-.1Я]иши участок вдали от Тк), намного выше тшдаемы/ ".-сцн

16

из существующих представлений ( 1ио,-с0- ¡ila¿-aс , htot-Hvt = 0) о соотношении между обменными взаимодействиями, ответственными за ее магнитное упорядочение. Показано, что oda эти факта можно объяснить с помощью представления о существования в соединении НоСоу (очевидно, и в TíCo} и друпт/ RCOj ) сильного (сравнимого с подрешеточннм) обмена меяду R -ионами в позиции 6( с ), расстояние между которыми (л- 0,32 нм) значительно меньше, чем расстояние мезду f¿ -ионами в позиции 3( КО,4-0,5 гол). По экспериментальной зависимости Т), измеренной нейтронографически и по маптт-ному вкладу "в теплоемкость в рамках метода молекулярного поля оценено значение обменного интеграла i/y ± 1,0).

5. На кривой Ср (Т), полученной на соедтгнеггии HoCoj , обнаружены три особенности. Первая, обусловленная отклонением результирующего Магнитного момента HoCoj от базисной плоско ти на угол — 15°, отвечает фазовому переходу первого рода. Две другие особенности, связанные с плавным поворотом магнитного момента от f « 15° до у = SO0, свидетельствует о том, что этот процесс осуществляется путем двух фазовых переходов второго рода.

В приложении даны значения измеренных теплоемкостей соединений HoCoj и YToj .

Основные результаты диссертации опубликованы в

следующих работах :

1. Караман И.Д., Савченкова С.Ф., Келарев В.В., Сидоров С.К. Нейтронографические исследования магнитного состояния соединения Т1Сол // ХУ1 Всесоюзная конференция по агне-тизму: Тез.докл. - Тула, 1983, с.65.

2. Караман И.Д., Савченкова С.Ф*, Келарев В.В., Сидоров С.К., Либерман A.A. Параметры межподрешеточного обмена в интерметаллическом соединении Tt>Co3// <В,М,-1984, т.57, вып.4, с.608-811.

3. Караман И.Д., Савченкова С.Ф., Чуев В.В., Пирогов А.Н., Келарев В.В., Вохмянин А.П. Связь температуры Кюри о магнитными моментами атомов кобальта и редкоземельного элемента в соединениях ЦС^// Пенз.ИСИ, 1965,' Деп.ВЖГГИ 24.07.85 И 5350-85, II с.

4. Караман П. Д., Савченкова С.©., Келаре в В. В. Магнитное моменты кобальта и редкоземельного иона и температуры К»-ри интермвталлических соединений R-ify}// Нелз.ИСИ, 1985, Деп.ШШГИ № 6099-85, i9t.

5. Каршлан И.Д., Савченкова С.Ф., Коуров H.H.. Кела-pfB В.В., Чуев В.В. Теплоемкость интерметаллического соединения ríoCc3// Ценз.ПСИ, 1966, Деп.ВИНИТИ 02.01.86 № б-В, 16 с.

6. Караман И.Д., Савченкова С.Ф., Коуров H.H., Кс драг-шов В.А* Фазовые переходы в соединении ilcCo,// 1У Всеооганое совещание педвузов по физике магнитных яьлений: Тез.докл. -Иркутск, 1986,'с.47.

. 7. iChuev V.V., Кыгааад I.D., Kelarey V.V., Virogov a.n., Mäiiahlkov A,S,Exchange Interaction und Magnesio Aniuotropy in HoCo-j - l'heaiû of Inter. Зушр. on llagn. oí Interino t. Comp. (ISMIO), Kyoto, Japan, 1987, p.58.

8. Кондратов B.A., Караман И.Д., Савченкова С.Ф., Кола-рев В.В. НапштшЙ вклад в теплоемкость соединения ИсСо3 // У Всесоюзный семинар но магнетизму редкоземельных сплавов: Тез.докл. - розный, 1988, с.75.

9. Каршлан И.Д., Кондратов В.А., Коуров Н.И., Савченко-г'.Ф. Магшт.чыР вклад в теплоемкость соединения íloCo} // "

Всесоюзная конференция lo физике мапштних явлений: Тез. докл. - Калинин, 1988, с.37.

10. Чуев В.В,, Келарев В.В., Караман И.Д., Сыромятников Ь.Ь. Нейтронохрафическов исследование магнитного состоя-п.-;« соединения l!oCo¿ // 5Ш. - 1'989, т.67, ЫШ.З,с.-ШЗ~120.

II.. Кирамг И.Д., Келарев В.В/, Коуров H.H., Кондра-inii> U.A., Розенфелъд Е.В., Сгизченкова С.Ф. Теплоемкость ин-i -- [¡.лайллчеокил соединений Ho£oi и // аШ.-1990, ü II,

г. ,'6.

Iii. Караман И.Д., Келарев В.В,, Кондратов В.А., Неоте--р<jf. ki.А., Савченкова С.Ф. Тешюемкост! интерматачлических i сушении íhCo3 и YCüj // XIX Всесоюзная конференция по ►i'ii ¡шгшшу: Тез. дом. - Тапке ht, 1991, о'.

Температурные зависимости намагнтнешюотой редкоземельных подрешеток Но Со,

Эксперимент: и - о - ßy0 расчет по формуле (I): Г ~

1ноГ Со = 83 К, liff0f = О К, уголгу - произвольный; 2 -83 К, = 2 К, У> = 90°; 3 - Ii{0rCo = 83 К' %>,= 2 К, У = = 0 ; 4 - JHo _с = 55,3 К, О К, .у - произвольны!?;

--1щ-Со~ 03 У взят из магнитных измер«-

ний;----1 Но- Со ~ 69 &Ног = О К, У ~ произвольный

. Рис.1 19

Температурная зависимость ш.магниченноотеЙ редкоземелышк подрешеток в ¡&Со3

е- мш'нмтииИ Kioi.it!иг иона Ц, и позиции ûfa ) (3,« ) К - ЫЫШ'СШЙ „10MÖHT 1ЮНЦ • ]í¿ в позиции 6(e) Сип)

Г ПС. 2 '¿О

Теплоемкость соединения НоСоь

нения HoÛOjB интервалах ¿Tj-50-60 К; ¿Tt=2IÛ-22 'Рис.а

Рлс.4

Изморенная и расчитанная но формуле ( 2 ) магнитная часть теплоемкости соединения H о Со.}

T.K

Вклады в Ср ; I - обменным взаимодействием Со-Со, 2 - Я - й , 3 - а -Со, 4 - суммарная расчетная Ct Ii - экспериментальная

Рис.5 22