WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

В п. 8.1 произведен расчет магнитной анизотропии, вызываемой одноосным давлением в базисной плоскости кристалла. При изучении влияния механических граничных условий на МА эффекты в борате железа мы исходили из того экспериментального факта, что механические напряжения индуцируют магнитную анизотропию (см.п.4.5). Слагаемые, описывающие эту анизотропию, включались в магнитную часть термодинамического потенциала (11). Теперь учтем непосредственно одноосное давление р, вызываемое граничными условиями и ориентированное в базисной плоскости под углом к оси х(||2х). Соответствующие слагаемые входят в упругую часть плотности термодинамического потенциала:

(23)

Здесь uij – компоненты тензора деформаций, включающие статическую и динамическую части.

Определяя в этом случае равновесные (статические) деформации и подставляя их в термодинамический потенциал, получаем эффективную добавку к магнитной энергии. Эта добавка представляет собой энергию индуцированной одноосной магнитной анизотропии. Она может быть отождествлена с соответствующим слагаемым в (11). Решение такой задачи позволило найти связь параметра одноосной индуцированной анизотропии g и одноосного давления в базисной плоскости:

. (24)

Эквивалентность двух подходов проявляется и в динамике. Расчет определяющей ДП звука величины Са на основе выражения (23), включающего одноосное давление, приводит к выражению, которое с учетом (24) совпадает с выражением для Са (13), полученным с использованием индуцированной анизотропии (см.(11)).

Интересно оценить механические напряжения в кристалле FeBO3, вызванные граничными условиями. Используя найденные ранее величины индуцированной магнитной анизотропии и формулу (24), мы получили р ~ 108 дин/см2. Поскольку р > В, приходим к выводу, что вклад в деформации, вызванный внешними напряжениями превосходит стрикционный вклад.

В п. 8.2 исследовано магнитное состояние бората железа под действием одноосного давления и магнитного поля, приложенных в базисной плоскости. При проведении МА экспериментов весьма проблематично прямое определение величины вызываемых граничными условиями механических напряжений и их влияния на магнитное состояние кристалла. Поэтому при анализе экспериментов нам приходилось рассматривать теоретические модели. Здесь в простейшем случае механические граничные условия моделируются не только теоретически, но и экспериментально: изучаются процессы намагничивания монокристаллов FeBO3, подвергаемых однородному аксиальному сжатию заданной величины. Эксперименты проводились при комнатной температуре на тонких базисных монокристаллических пластинках, синтезированных для этих целей из раствора в расплаве. Разработанное механическое устройство позволяло сжимать кристалл в базисной плоскости путем дозированного давления на пару противоположных боковых граней, перпендикулярных базисной грани. Магнитное поле в базисной плоскости могло ориентироваться под любым заданным углом к оси давления. Поскольку борат железа обладает значительным фарадеевским вращением в видимой области спектра, для изучения процессов намагничивания оказалось целесообразным использовать МО магнитометр. На рис.13а приведена экспериментальная кривая зависимости от приложенного давления проекции намагниченности на направление магнитного поля MH(р) для случая параллельности поля и давления ( = 0) и Н = 90Э. Расчетная кривая MH(р) = Мsin(+)
( – угол между l и H) может быть получена из условия минимума термодинамического потенциала:

. (25)

Рис. 13б (кривая 1) представляет расчетную кривую MH(р) для тех же условий: = 0, Н = 90 Э. Между экспериментальной и расчетной кривыми имеются существенные различия. В эксперименте, в отличие от теории, фазовый переход не локализован в точке, что может быть связано с неоднородным распределением давления в реальном кристалле. Еще одна причина различий может заключаться в, возможно, нестрогой параллельности поля и давления. Результаты расчета MH(р) для различных углов приведены на рис. 13б (кривые 2, 3, 4). Полученные кривые хорошо коррелируют с экспериментом. Они, также, свидетельствуют о том, что две магнитные фазы – коллинеарная и угловая, – возможные в случае параллельности поля и давления, вырождаются в одну – угловую, – когда поле и давление не параллельны.

В п. 8.3 теоретически изучено магнитное состояние бората железа, находящегося под действием высокого гидростатического давления с одноосной компонентой. В работе [19] методами нейтронной дифракции наблюдались изменения ориентации магнитных моментов ионов железа в FeBO3 относительно тригональной оси в условиях высокого квазигидростатического давления до 4 ГПа (рис. 14, точки). Эксперименты выполнялись на поликристаллических образцах бората железа, которые помещались в камеру высокого давления с сапфировыми наковальнями. При этом дополнительной передающей среды экспериментаторы не использовали. Такая методика должна была приводить к нарушению условий гидростатичности и появлению анизотропии давления. Для анализа экспериментального результата в качестве простейшей модели квазигидростатического давления мы рассмотрели гидростатическое давление с одноосной компонентой. Показано, что при ориентации одноосной компоненты давления в базисной плоскости вдоль оси у (|| myz) АФ вектор действительно выходит из базисной плоскости. Если считать еще, что гидростатическое и аксиальное давления – величины одного порядка, пропорциональные друг другу, то угол выхода определяется простым выражением

, (26)

позволяющим хорошо описать эксперимент (рис. 14, кривая). Здесь а эффективная константа одноосной анизотропии; А1, А2 В/С 105.

Теоретический анализ показал, что чисто гидростатическое давление не должно приводить к выходу магнитных моментов из базисной плоскости кристалла FeBO3. Этот результат, также, находится в согласии с экспериментами [19,20].

В п. 8.4 проведены теоретические исследования влияния гидростатического давления на гексагональную анизотропию ромбоэдрических антиферромагнетиков. Гидростатическое давление не изменяет симметрию кристалла. Однако может повлиять на величину магнитной анизотропии. Экспериментальные свидетельства такого влияния для бората железа нам, к сожалению, неизвестны. Однако для монокристалла гематита, имеющего сходную с боратом железа кристалломагнитную структуру, такие свидетельства есть. В работе [21] при исследовании угловой зависимости амплитуды поперечного звука в монокристалле гематита в условиях магнитоакустического ДП обнаружено, что величина гексагональной анизотропии экспериментального образца существенно превосходит известную для гематита величину. Такое расхождение авторы связывают с тем, что используемый ими образец не отожжен. Объяснение резонно, если предположить, что в кристалле существуют механические напряжения, возникшие в процессе быстрого охлаждения после синтеза. Эти напряжения в простейшем случае мы можем смоделировать, приложив к идеальному кристаллу гидростатическое давление. Расчет энергии гексагональной анизотропии ромбоэдрического АФ кристалла с учетом гидростатического давления приводит к следующему выражению:

. (27)

Здесь е – константа гексагональной кристаллографической анизотропии;

=,, – вклады в эффективную константу гексагональной анизотропии, связанные с гидростатическим давлением; d – константа кубической анизотропии. Оценим эти вклады для давлений, не превосходящих по порядку величины р ~ а/А2 ~ 1010дин/см2: 1эрг/см3, 101эрг/см3, 105эрг/см3. В экспериментах [21] величина эффективной константы гексагональной анизотропии в несколько раз превосходила константу кристаллографической анизотропии e, что может быть вызвано давлениями рh 1010дин/см2. Такая оценка представляется разумной. Действительно, коэффициент линейного термического расширения гематита 105град1. Снижение температуры кристалла по завершении процесса синтеза составляет величину t (102 103)°. Для термических деформаций при этом получаем u t 103 102. Остаточные деформации таких величин должны вызывать механические напряжения p Cu 109 1010дин/см2.

В п. 8.5 теоретически исследовано влияние гексагональной базисной анизотропии, усиленной гидростатическим давлением, на эффекты ДП звука в ромбоэдрических АФ кристаллах. Проявление гексагональной базисной анизотропии и механических граничных условий в магнитном ДП звука в изоструктурном борату железа гематите экспериментально обнаружено и исследовано в работе [21]. Звук, как и в случае бората железа, возбуждался и регистрировался пьезопреобразователями. Поперечная акустическая волна распространялась вдоль оси 3z кристалла. Поворачивая магнитное поле в базисной плоскости, экспериментаторы обнаружили хорошо выраженную 60-градусную периодичность эффектов ДП с 180-градусными искажениями (рис. 15, точки).

Отметим, что попутно авторы [21] поставили задачу проверки модели, предложенной нами при изучении ДП звука в борате железа, в соответствии с которой механические граничные условия, обусловленные контактом кристалла с пьезопреобразователями, вызывают одноосную магнитную анизотропию. Проведя дополнительные исследования, сводящиеся к изучению влияния на ДП в гематите поворота пьезопреобразователей, они эту модель полностью подтвердили.

На рис. 15 (точки) приведены экспериментальные угловые зависимости величины Н() = Hm() Hm(0). Здесь Hm – поле, соответствующее одному из максимумов ОГТ; – угол в базисной плоскости между Н и осью 2х [21].

Рассмотрим влияние базисной анизотропии на магнитное ДП звука в гематите теоретически. Для этого учтем в базисноанизотропной модели (п. 4.5) наряду с одноосной индуцированной анизотропией еще и анизотропию гексагональную – кристаллографическую и вызванную гидростатическим давлением (п.8.4). В отличие от п.4.5, в термодинамический потенциал кристалла включим не индуцированную магнитную анизотропию, а непосредственно ее источники – одноосное и гидростатическое давление. Действуя по схеме, описанной в п.4.5, мы определили магнитную добавку к упругому модулю в этом случае:

, (28)

Выражение (28) представляет собой обобщение (13): G содержит зависящие от давления базисноанизотропные слагаемые, имеющие аксиальную, гексагональную и более сложную симметрию. Далее будем исходить из упрощенной базисноанизотропной модели: неоднородностью распределения анизотропии по глубине кристалла пренебрежем. Решая уравнения А/Н=0, определяющие максимумы кривой А(Н), и варьируя входящие в них параметры, мы получили кривые Н() (рис.15), аппроксимирующие эксперимент (точки). Наилучшее согласие с экспериментом достигается когда давления таковы: гидростатическое 1010дин/см2, аксиальное 108дин/см2. Подчеркнем, что такое аксиальное давление по порядку величины совпадает с нашими оценками для бората железа (см.п.8.1).

Девятая глава посвящена синтезу монокристаллов FeBO3 и изучению их морфологии.

В п.9.1 рассмотрены два метода, позволяющие выращивать изометричные монокристаллы бората железа: метод газового транспорта и метод синтеза из газовой фазы [22]. Проведенный анализ показал, что с точки зрения экспериментальной простоты второй метод предпочтительнее. Термодинамические расчеты позволили установить, что синтез FeВO3 из газовой фазы может осуществляться с достаточно высокой скоростью. В качестве исходных веществ для синтеза мы использовали Fe2O3 и B2O3. В качестве газа-носителя был выбран хлористый водород HCl. Химические процессы, приводящие к синтезу монокристаллов FeВO3, описываются следующей системой уравнений:

,

,

.

В результате первых двух реакций образуются газообразные вещества, необходимые для синтеза FeВO3 посредством третьей реакции.

В п. 9.2 описаны эксперименты по синтезу изометричных монокристаллов бората железа. Порошкообразная окись железа и стекловидная окись бора в отдельных платиновых лодочках помещались в кварцевую ростовую ампулу. Откачанная ампула заполнялась хлористым водородом до определенного давления и запаивалась. Синтез проводился в безградиентной горизонтальной ростовой печи при температурах 740 760°С в течение 20 40 суток. Точность поддержания температуры составляла 0,1°. В работе приводится информация об используемом ростовом оборудовании, подробно описаны этапы подготовки и завершения ростовых экспериментов.

Существенное усовершенствование рассматриваемой технологии достигнуто нами за счет использования затравочных монокристаллов FeВO3. В этом случае рост осуществлялся при пониженном давлении хлористого водорода, что вело к резкому уменьшению спонтанного зародышеобразования и значительному улучшению качества получаемых образцов. Затравочные кристаллы отбирались с учетом их огранки (оптическая гониометрия) по результатам измерений АФМР. На месте затравок обнаруживались крупные объемные монокристаллы FeВO3 с хорошей огранкой. Размеры образцов достигали 1 см в поперечнике. Большинство граней имело зеркальный блеск.

В п. 9.3 содержатся результаты исследования морфологии изометричных кристаллов. С точки зрения форм роста полученные кристаллы можно разделить на три группы: ромбоэдрические, пирамидально-призматические и таблеточные (рис.16). Естественная огранка кристаллов включает грани следующих типов:,,, и. Тип грани определялся методами оптической гониометрии и рентгеноструктурного анализа. В качестве затравок обычно использовались мелкие ( 1 мм) таблеточные кристаллы. Установлена связь между формой затравочного и выросшего из него кристалла. При этом диагностическую роль играют грани типа и затравочного кристалла. По расположению таких граней на затравке оказывается возможным предсказать к какой из указанных групп будет принадлежать синтезируемый кристалл.

Поскольку для решения отдельных задач, представленных в работе, требовались тонкие базисные пластинки бората железа, автор уделил внимание синтезу и таких кристаллов (п. 9.4). Для этой цели был применен метод синтеза из раствора в расплаве. В работе приводится описание развитой технологии, важным компонентом которой является отделение синтезированных кристаллов от жидкого раствора–расплава. Полученные таким образом крупные кристаллы в форме базисных пластин с размерами до 15 мм в базисной плоскости и толщиной до 150 мкм обладали высоким структурным совершенством: полуширина рентгеновской кривой качания не превосходила 10.

Рис. 1

Доменная структура на грани :

а – Н = 0; б – Н = 11Э; в – Н = 45Э

Рис. 2

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»