Особенности распыления лантанидов при магнитном фазовом переходе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Введение

Глава I. Распыление магнетиков в области магнитного фазового перехода.

§1.1. Аномалии коэффициента распыления никеля в окрестности точки Кюри

§ 1.2. Распыление гадолиния вблизи магнитного фазового перехода

§ 1.3. Основные идеи флуктуационной теории фазовых переходов.

Глава 2. Кинетические уравнения, описывающие распыление лантанидов

§ 2.1. Определение основных величин

§ 2.2. Коэффициент распыления.

§ 2.3. Система кинетических уравнений для V и Ф.

Глава 3. Влияние критических флуктуаций намагниченности на распыление магнетиков.

§ 3.1. Температурная зависимость радиуса корреляции флуктуаций намагниченности.

§ 3.2. Зависимость коэффициента распыления от отношения радиуса каскада к радиусу корреляции флуктуаций намагниченности

Глава 4. Расчет потенциалов взаимодействия и сечений рассеяния.

§ 4.1. Часть потенциальной энергии взаимодействия атомов редкоземельных металлов, независящая от спинов.

§ 4.2. Изотропная часть обменного взаимодействия.

§ 4.3. Анизотропное косвенное обменное взаимодействие

§ 4.4. Сечения рассеяния атом-атом

§ 4.5. Потенциалы взаимодействия и сечения рассеяния ион-атом.

Глава 5. Температурная зависимость коэффициента распыления лантанидов

§ 5.1. Моментные уравнения для V^ и ^

§ 5.2. Определение функций $*(*) и и коэффициентов распыления и

§ 5.8 Температурная зависимость коэффициента распыления лантанидов

§ 5.4. Оценка характерного размера каскада по экспериментальной температурной кривой распыления.

Выводы.

Изучение вторичной, эмиссии частиц при ионной бомбардировке магнетиков в диапазоне температур, включающем точки магнитных фазовых переходов, является новой областью физики твердого тела. До настоящего времени основное внимание в этой области было сосредоточено на распылении магнетиков группы железа (3 оС -металлы) . Были открыты характерные аномалии температурной зависимости коэффициента распыления вблизи точки магнитного фазового перехода и выявлены основные механизмы, ответственные за эти аномалии.

Другая, более обширная и разнообразная по своим магнитным структурам группа магнетиков, лантанидов (4 -металлы), остается практически малоисследованной.

Распространенность лантанидов и их уникальные физико-химические свойства способствовали широкому применению их во многих областях науки и техники, так, например, в микроэлектронике для создания ячеек памяти с термомагнитной записью и записью на цилиндрических магнитных доменах.

Для напыления тонких магнитных пленок используется метод распыления и поэтому знание закономерностей распыления необходимо для анализа и контроля состояния и структуры приповерхностных слоев.

Помимо этого, изучение вторичной эмиссии частиц при распылении лантанидов вблизи магнитных фазовых переходов имеет и чисто научный интерес, так как позволяет глубже понять кинетику процессов в твердом теле в критической области фазовых переходов. В свя' зи с этим представляется актуальным исследование особенностей распыления лантанидов.

Для определения закономерностей распыления редкоземельных металлов в данной работе ставилась задача рассчитать коэффициент распыления этих элементов в широком диапазоне температур, включающем точки магнитных фазовых переходов. Для расчета были выбраны гадолиний, тербий, диспрозий, обладающие наиболее высокими температурами магнитного фазового перехода, что удобно для постановки эксперимента по распылению. В качестве ионов, бомбардирующих эти элементы, использовался стандартный набор инертных газов: 1Т(2 , hr .

выводы

1. Предложена модель распыления редкоземельных металлов для широкого диапазона температур, включающего области магнитных фазовых переходов. Выведена и решена система соответствующих кинетических уравнений.

2. Построена независящая от ориентации спинов часть потенциала парного взаимодействия для гадолиния, тербия и диспрозия. Рассчитана изотропная спинзависящая часть парного потенциала обменного взаимодействия этих лантанидов с учетом радиальных волновых функций электронов. Получены соответствующие сечения рассеяния.

3. На основе решения системы кинетических уравнений с полученными сечениями вычислена температурная зависимость коэффициента распыления гадолиния, тербия и диспрозия.

4. Рассмотрено влияние корреляции критических флуктуаций намагниченности на температурную зависимость распыления в области магнитного фазового перехода. Показано, что это ведет к появлению характерных минимумов по обе стороны от точки перехода, наблюдаемых в эксперименте.

5. Показано, что критические флуктуации намагниченности, вследствие магнитоупругого взаимодействия, сопровождаются флук-туациями упругих напряжений, которые приводят к резкому увеличению коэффициента распыления вблизи точки магнитного фазового перехода в согласии с экспериментом.

6. Оценен вклад анизотропного обменного взаимодействия в рас< пыление тербия и диспрозия. Показано, что этот вклад мал по сравнению с вкладом изотропного обменного взаимодействия.

7. Установлено, что температурная зависимость коэффициента распыления тербия и диспрозия при переходе из антиферро- в парамагнитное состояние подобна поведению температурной кривой коэффициента распыления гадолиния при переходе из ферро- в парамагнитную фазу.

8. Предложен способ оценки размера каскада, инициированного одним падающим ионом, по экспериментальной температурной зависимости коэффициента распыления магнетика.

В заключение хочу выразить свою искреннюю благодарность моим научным руководителям Вере Евгеньевне ©расовой и Михаилу Всеволодовичу Кувакину за интересную предложенную тему диссертации, постоянное внимание и помощь при выполнении данной работы.

Благодарю заведующего кафедрой электроники Спивака Григория Вениаминовича за интерес и внимание к работе. Признательная сотрудникам нашей лаборатории: Шелякину Л.Б., Чернышу B.C., Линнику С.П., Мамаеву Б.М. Особо хочу поблагодарить Харламочки-на Е.С. за помощь на завершающем этапе работы.

1. MtAsoiu Rt S! Же. ^яЛмАилг, (Ж -66г. fbofaga&o*^ ^fawstcl O&c'sc'mo U^mhi*goM- РШ^.^ЗЦ v.*,

2. C^ajymaAt^ C. £.} M&j. PC. ffie out-^и^ал- etistfrc&o&ce*^z>f»Me>aotfan по/юсЛуб-Шб/х. (fM, -JJusU. J.P^.j {Щ-кЩ Sj/.<1*3-229.

3. Яй Д-h (?f yit'/Ы ^ е^ссоб'*^ "Me -елер^ stuttering pf at е&мМ Mtfftfy Щt/fV/zfa Z9/-3&

4. CoA&icti C.B.} 1ff*ffuiso*t, £fy 4,tyaJidfil&Htsc P. ■dmJ&ol Ш/u^uAU Mt умЯеь'му /ГЦр

5. Юрасова В.Е., Черныш B.C., Кувакин М.В., Шелякин Л.Б. Изменение распыления монокристалла при переходе через точку Кюри. Письма в ЖШ, 1975, т.21, Jf° 3, с.197-199.

6. StcottcloA^ L&tc -ejouzsiip*, ^^M/w/K&^ft&h'&i иеал.

7. Черныш B.C. Температурные эффекты при взаимодействии ионных пучков с монокристаллами. Дисс. канд.физ.-мат. наук.,1. М., МГУ, 1976, с.153.10. (QMUkoU&MoUit. Ъ. Sj/utftek'*^ eJ&t-нг&н^ рЛияо/ъ&ъен. (ж*,, tf fifyi.j тГ^б, jo. tyS;- 105

8. E&oL ШР1, ttwse^dcuU акокЫе&'лЖ* Z). Cs^e^

9. ZOIC-to Ш) /W. Effl^W/j^SO, МЪ; p.12. lasers E^ovfA cf ctptfa^1. A**- S^y^SrW ^ s/uj&b^,

10. Rc&istut M. V си '' S/uM&uHg Зено^^А*^"b&L&f,14. it'frpu^nel P. У -i/исМг^н^., Z freed/ бмШоиб Мб/ Mftf. /ty. fat,

11. С.j M, dfyedarft'&tL, &f n-ie&g /л z&rp. J&36 16. Ш/М- ^tefA^^i; Яш6* {f^au

12. Sofa, 0.C., CaJ-chA, Л. A j ^«'ofa^/Mt, -lit гсЫмёд tf' c& СсМг ^е/уШл^иы. %>&'</9., -к SOJ УЗ; p, не-ш,18. £ci&6> 3,e,j ТиЛжел 7. B.J 9г/а^вг ИЗ.to4a£i /гвм> bk Cu/u-e PAyt.iW^M, Ж^ p 526-500.

13. PcPUtvb&i ^Lfr&tibto J&ztfj1. ГЩ p.

14. Кувакин М.В., Лусников А.В. Потенциалы взаимодействия двух атомов никеля в пара- и ферромагнитном состоянии. Труды

15. У Всесоюзной конференции по взаимодействию атомных частиц с твердым телом, Минск, 1978, ч.Ш, с.36-38.

16. Кувакин М.В. Некоторые задачи теории распыления.- Дисс. канд. физ.-мат.наук, М., МГУ, 1979, с.147.

17. Ланаду Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. М., Наука, 1965,-с.204.

18. Томсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. -М.: Мир, I97I-r-c.367.

19. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1971. - с.1032.

20. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1972. - с.368.

21. States ХС. ^fctiofrf fifyft. ЯгОт, /Щ

22. Wi^cM- t.j Se<6e. P. 0k. Me frt^taJZ&'z sv^'x*? (H)> Pfy*. ^ /93&, 5-0P-5-Z4.

23. Гамбош П. Статистическая теория атома и ее применения. М.: ИЛ, 1951. - с.398.

24. Харламочкин Е.С. Кинетика распыления аморфного и кристаллического вещества. Дис. канд.физ.-мат.наук., М., МГУ, 1983.-с.150.

25. Qbiu-^dd У- А; РбЖуЛ. Тъгяж'//^ № & -Ф&?^м^'мсл tf Меряемая гя&ъм- sJ^f. Sa'., MM, Ttjof /Sz-2>J г?о.

26. Шелякин Л.Б., Мартыненко Т.П., Бишофф А., Юрасова В.Е. Особенности изменения коэффициента распыления ферромагнетика вблизи точки Кюри. Поверхность, физика, химия, механика, 1983, № 6, с.65-69.

27. Вайсбродт П., Шелякин Л.Б., Юрасова В.Е. Аномалия коэффициента распыления моно!фисталла никеля в окрестности точки Кюри. -Труды 1У Всесоюзной конференции по вторичной ионной и ионно-фотонной эмиссии, Харьков, 1983, с.242-244.

28. Кувакин М.В., Харламочкин Е.С. Роль критических флуктуаций намагниченности в распылении ферромагнетиков. Труды 1У Всесоюзной конференции по вторичной ионной и ионно-фотонной эмиссии. - Харьков, 1983, с.248-250.

29. Паташинский А.З., Покровский В.Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. М.: Наука, 1982. - с.387.

30. Бачурин В.И.»Эмиссия вторичных частиц при фазовых переходахв металлах. Дис.канд.физ.-мат.наук., М.,:МГУ, 1982. - с.128.

31. Бачурин В.И., Нуравский В.Е., Харламочкин Е.С., Юрасова В.Е. Распыление гадолиния в ферромагнитном и парамагнитном состоянии. Письма в Hi, 1981, т.7, № 12, с.730-732.

32. М. % ЗбгЛ&Л? ЯМ, sfe/pfeJ Ысе1 У.Таг. jC'. /Я^тт//3р. ш-боб:38. У.С., Р.fyduAo. Мгр. 3) iT2.gy л/?,р.

33. Кувакин М.В., Харламочкин Е.С., Бачурин В.И. Изменение межатомного потенциала взаимодействия в гадолинии при магнитном фазовом переходе. Поверхность, физика, химия, механика, 1982, № 3, с.89-92.мл, w-fty. fl^Tj S9&, Ц MS; о.

34. Кмкуй Т. A tiuzeby- ^ /b&fa&t'cмa,gate's^ cut ~ . /Цр.43. Wfmt/a^^^

35. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Статистическая физика. 3-е изд., дополн. Е.М, Лившицем и Л.П.Питаевским. - М.:Наука, 1976,ч.1. -с.583.45. l&olotibO^' А-P. Sca&Wp. JTzr'*^ /г&ол, 71. -fifyfa'&l, -к 4 ЯёЗ46. foedcupe^- />.Р.у К 2>. et S-fcfrc.

36. JrZrJ. /96?, 7Г 3% ьгг, /» зэг-ffyi. ^ -it T>ZJ У?, />. S&32

37. Вильсон К., Когут Дж. Ренормализационная группа и <£ -разложение. М.:Мир, 1975. - с.256.

38. Паташинский А3., Покровский В.Л. базовый переход второго рода в Бозе-жидкости. НЭП, 1964, т.46, » 4, с.994-1015.

39. Балеску Н. Равновесная и неравновесная статистическая механика. М.: Мир, 1978, т.1. - с.405.51. Ь/м&л М. jf /кг/г^п&лл. -ftp. fit*, ^ /Н, />.52. (Pbbrfe^ А. S. /Г /W Ж**/. Sei'.^sTbbc/b**,mi, тс/?; tf5) />.

40. Ахиезер А.И., Барьяхтар В.Г., Пелетминский С.В. Спиновые волны. М.: Наука, 1967, - с.368.54. y.CtJ Т^ш^бе 7. ItA/rZf'frjucs55. 9)fu'/w£jicuoi> 'hear //tut.

41. Cubic iiH^d^^. Pl^M, тГЛМ, У/^ p. /36-/27.

42. Фишкис М.Я. Экспериментальное исследование тепловых колебаний кристаллической решетки никеля при различных температурах и вблизи точки Кюри методом диффузного рассеяния рентгеновских лучей, Автореферат диссертации, М., ин-т Стали и Сплавов, 1968, с.14.

43. Семеновская С.В., Уманский Я.С., Финише М.Я. Некоторые аномалии в температурной зависимости теплового диффузного рассеяния рентгеновских лучей никелем, ДАН СССР, 1968, т.180, № 6, с.1337-1339.

44. Кривоглаз М.А. 0 рассеянии рентгеновских лучей и тепловых нейтронов однокомпонентными кристаллами вблизи точки фазового перехода второго рода. / ЗНЭТБ, 1958, т.34, № 2, с.405-411.1. MPS', /э. £0//- <и>/£.

45. Кольчужкин A.M., Учайкин В.В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М.: Атомиздат, 1978. - с.255.

46. Белоусов С.Л. Таблицы нормированных присоединенных полиномов Лежандра. М.: Мзд-во АН СССР, 1956. - с.379.

47. Браут Р. Фазовые переходы. М. :Мир, 1967. - с.288.

48. Ма Ш. Современная теория критических явлений. М.;Мир,1980.-с.298.

49. Займан Дж. Модели беспорядка. М.:Мир,1982.•- с.591.

50. Зверев В.М., Силин В.П. Магнитоакустические явления в ферромагнетиках с коллективизированными электронами. ЖЭТ1, 1981, т.81, № 5, с.1925-1939.- но

51. Хандрос В.О., Боголюбов Н.А. Аномалия сублимации кобальта вблизи точки Кюри. Теплофизика высоких температур, 1983, t.XXI, № 3, с.600-603.

52. Хандрос В.О., Боголюбов Н.А. Сублимация и электросопротивление кобальта вблизи точки Кюри. Тезисы докл. Всесоюзного симпозиума по фазовым переходам и критическим явлениям, Новосибирск, 1977, c.II5-II6.

53. Хандрос В.О. Методика детального масс-спектрометрического изучения сублимации твердого тела. Сублимация кобальта вблизи точки Кюри. Ин-т неорганической химии СО АН СССР, препринт 83-2, Новосибирск, 1983, с.26.

54. Тейлор К., Дарби М. Шизика редкоземельных соединений. М.: Мир, 1974. - с.374.

55. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980. - с.239.

56. Ъе Qtuubtg P,<s% Pe>&A>!sM(i'<Qst еМл^е, fм Ж s/xb)oirun£ c^^ete' а&и* шъ

57. Roe^ML У. А. Ь' E-fuok ofe- -^а sfti^aJwie t^ecfaotatyae1. ЯЗЬ

58. Владимиров B.C. Обобщенные функции в математической физике.-М.: Наука, 1979, 318 с.

59. Янке Е., Эмце Таблицы функций с формулами и кривыми. -М.: Физико-математич. литерат., 1959, 420 с.

60. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.:Наука, 1977. - с.228.77. fyzCskt Р. esedajL^e i/fMe nufak.- tty>. T: JfZ /9.3*9-39?.

61. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. М.: Наука, 1970, - 304 с.

62. Ирхин Ю.П. Анизотропное обменное взаимодействие в редкоземельных металлах. Письма в ЗШФ, 1970, т. 12, № I, с.38-41.

63. Поймал, G.j С/., Тен&пр А с*- /fy*. 4 /к S0J-3/S

64. Дэвисон Б. Теория переноса нейтронов. М.: Атомиздат, I960,- 520 с.

65. Кувакин М.В., Лусников А.В. Влияние формы потенциального барьера на энергетические спектры распыленных частиц У Всесоюзная конф. Взаимодействие атомных частиц с тв. телом, Минск, ч.1, 1978, с.65-68.

66. Лусников А.В. Особенности движения атомных частиц вблизи поверхности при ионной бомбардировке. Дисс. канд.физ.-мат.наук.- M.s МГУ, 1979. 185 с.

67. Фирсов О.Б. Вычисление потенциала взаимодействия атомов. -ЖЭТФ, 1957, т.33, №9, с.696-699.

68. Бейтмен Г., Эрдейи А. Таблицы интегральных преобразований. -М.: Наука, 1969, 343 с.

69. Бор Н. Прохождение атомных частиц через вещество. М.: ИЛ, 1950. - с.150.

70. Гордиенко С.П., Феночка Б.В., Фесенко В.В. Редкоземельные металлы и их тугоплавкие соединения. Киев: Наукова думка, 1971.-с.168.

71. Финкель В.А. Структура редкоземельных металлов. М.: Металлургия, - 1978. - с.128.

72. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий.-М.: Наука, 1982. с.462.

73. Справочник по специальным функциям, под ред. Абрамовича М., Стигана И. М.: Наука, 1979. - с.830.

74. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: ИЛ, 1948.378 с.

75. Лейман К. Взаимодействие излучения е твердым телом и образование элементарных дефектов. М.: Атомиздат, 1979. - с.296.