WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 2 Магнитные фазовые диаграммы ферримагнетиков с двумя магнитно-нестабильными подсистемами © Н.П. Колмакова, Р.З. Левитин, А.С. Маркосян, М.Ю. Некрасова Брянский государственный технический университет, 241035 Брянск, Россия Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Поступила в Редакцию 14 июля 1997 г.) В приближении молекулярного поля построены магнитные фазовые диаграммы и кривые намагничивания ферримагнетиков с двумя магнитно-нестабильными подсистемами. Разнообразные последовательности различных по своей природе фазовых переходов — первого рода (метамагнитных) и второго рода (через неколлинеарную фазу) — реализуются в процессе намагничивания таких ферримагнетиков. Кривые намагничивания проанализированы в зависимости от соотношения параметров двух подсистем: намагниченностей подрешеток в слабом и сильном состояниях, критических полей и величины обменного взаимодействия между подрешетками.

В двухподрешеточном ферримагнетике со стабильны- магнитное состояние этой подсистемы может быть разми подрешетками внешнее магнитное поле индуцирует личным [5]. Природа этой нестабильности до настоящего переход из ферримагнитного состояния с антипарал- времени невыяснена. Она, в частности, может быть лельными магнитными моментами в ферромагнитное обусловлена явлением кроссовера в Tm-подсистеме, косостояние с параллельными магнитными моментами пу- торое часто наблюдается в соединениях с редкоземельтем двух фазовых переходов второго рода через не- ными ионами (см., например, [6]). Ферримагнетики, в которых магнитную нестабильность проявляют обе коллинеарную фазу (см., например, [1]). Если одна подрешетки, представляют новый класс магнитных матеиз магнитных подсистем (подрешеток) ферримагнетика риалов, в которых кривые намагничивания и магнитные проявляет магнитную нестабильность, т. е. претерпевафазовые диаграммы еще более усложнены по сравнению ет метамагнитный переход из слабого в сильное магс рассмотренными в [2]. Хотя сведения об экспенитное состояние при приложении магнитного поля, в риментальном исследовании ферримагнетиков с двумя нем могут реализоваться различные последовательнонестабильными подсистемами отсутствуют, такие соедисти метамагнитных переходов и неколлинеарных фаз.

нения могут встречаться среди f -d-интерметаллидов, Магнитные фазовые диаграммы таких ферримагнетиков в которых зонная d-подсистема является метамагниттеоретически рассмотрены в работе [2], где процесс ной, а редкоземельная обнаруживает явление кроссовера.

намагничивания рассчитан в зависимости от параметров Кроме того, такие ферримагнетики могут быть обнарусистемы: намагниченностей стабильной и нестабильной жены в d-d-интерметаллидах, в которых имеются две (в сильном и слабом состояниях) подрешеток, поля магнитно-нестабильные подрешетки с отрицательным метамагнитного перехода и величины межподрешеточмежподрешеточным обменным взаимодействием.

ного обменного взаимодействия. Экспериментально криВ данной работе теоретически рассмотрены магнитвые намагничивания такого рода наблюдались в раные фазовые диаграммы и кривые намагничивания двухботах [3,4] на 4 f -3d-интерметаллических соединениподрешеточного ферримагнетика с двумя магнитно-неях типа Y1-tRt(Co1-xAlx)2, где R — тяжелая ”редкая стабильными подрешетками, в которых в поле происхоземля”. В этих соединениях нестабильной является дит переход первого рода из слабомагнитного в сильнозонная d-подсистема, в которой в магнитном поле промагнитное состояние. Рассмотрение проведено в модели исходит метамагнитный переход из слабомагнитного в эффективного поля в обменном приближении, причем сильномагнитное состояние, а редкоземельная подсистепредполагается для простоты, что восприимчивость отма рассматривается как стабильная. В соответствии с сутствует и намагниченности обеих подсистем меняются развитой в [2] теорией в ряде этих соединений были скачком в полях метамагнитных переходов.

обнаружены, например, два метамагнитных перехода с неколлинеарной фазой между ними [3,4].

В последнее время, однако, выяснилось, что в ряде 1. Модель случаев возможна и более сложная ситуация, при которой магнитно-нестабильной является и вторая магнит- Рассмотрим двухподрешеточный ферримагнетик, обе ная подсистема. Так, например, недавние исследования магнитные подрешетки (i = 1, 2) которого магнитно-немагнитных свойств интерметаллида TmCo2 показали, стабильны, т. е. при критическом значении магнитного что в этом соединении Tm-подсистема также является поля Hi переходят из слабомагнитного (w) с намагмагнитно-нестабильной: в зависимости от стехиометрии ниченностью mi в сильномагнитное (s) состояние с Магнитные фазовые диаграммы ферримагнетиков с двумя магнитно-нестабильными... намагниченностью Mi которые разделяют области различных исходных состояний, Mi = mi, H < Hi; Mi = Mi H Hi. (1) (M1 - m1)H1 +(M2 -m2)Hi =, M1M2 -m1mМы рассчитаем магнитные фазовые диаграммы и кривые H2 H1 H1 Hнамагничивания такого ферримагнетика в приближении 2 =, 3 =, 4 =, 5 =. (4) m1 m2 M2 Mмолекулярного поля, в котором в состоянии термодинамического равновесия магнитные моменты подрешеток Далее выписаны условия существования каждого из считаются направленными вдоль действующих на них ферримагнитных состояний при H = 0, полученные с эффективных полей. Будем анализировать знаки и вели- использованием (1), (3).

чины этих эффективных полей и выбирать состояния, Для AW соответствующие минимальным значениям термодина <1, если 1 <2, 3, мического потенциала при заданном значении внешнего магнитного поля.

<2, если 2 <1, 3, В простейшей модели термодинамический потенциал ферримагнетика с отрицательным обменным взаимо <3, если 3 <1, 2, (5a) действием между подрешетками с магнитными момендля AWтами M1 и M2, характеризуемым обменным параме2 < <4, (5b) тром 12, может быть записан в виде для AWG(H, T ) =F1 +F2 -H(M1 +M2) +M1M2, 3 < <5, (5c) =|12| (12 < 0). (2) для AS >1, если 1 <2, 3, Здесь Fi (i = 1, 2) — термодинамический потенциал i-й нестабильной подсистемы, который различается >4, если 2 <1, 3, для сильного и слабого магнитных состояний. В этой >5, если 3 <1, 2. (5d) простой модели связь между Fi в s- и w-состояниях Процесс намагничивания ферримагнетика из любого из можно определить соотношением этих исходных состояний может происходить разными Fis = Fiw +(Mi -mi)Hi. (3) способами в зависимости от конкретного соотношения параметров обеих подсистем. В том числе может реаПри расчетах нас будет интересовать только разница лизоваться магнитная фазовая диаграмма, включающая величин термодинамических потенциалов для двух сопоследовательность всех двенадцати возможных фаз, стояний каждой нестабильной подсистемы.

перечисленных выше [7]. Этот интересный случай мы Введем следующую номенклатуру обозначений для рассмотрим в следующем разделе: здесь же обсудим фаз, реализующихся в данном ферримагнетике. Фазы, лишь некоторые общие закономерности, характерные которые возможны в обычном двухподрешеточном фердля процессов намагничивания.

римагнетике, различаются взаимной ориентацией магФазовые переходы между возможными состояниями нитных моментов подрешеток. Мы обозначим их следуюсистемы могут быть как первого (метамагнитные перещим образом: ферримагнитная фаза (с антипараллельной ходы), так и второго рода (переходы в неколлинеарную ориентацией магнитных моментов) — A, ферромагнитфазу). Критические поля, в которых происходят изменая — F, неколлинеарная — N. Из-за существования нения магнитного состояния системы, соответствуют слабого и сильного магнитных состояний для каждой из сравниванию термодинамических потенциалов фаз. В подрешеток в рассматриваемом ферримагнетике число рассматриваемой простейшей модели аналитические выфаз увеличивается в 4 раза, и мы будем обозначать их, ражения для всех критических полей, в которых происдобавляя к обозначению фазы W, если обе подсистемы ходят изменения магнитного состояния системы, могут находятся в слабомагнитном состоянии; Wi (i = 1, 2), быть получены достаточно просто, и по этой причине в если только одна i-я подсистема находится в слабомагстатье приведены лишь некоторые из них. Выбирая для нитном состоянии; S, если обе подсистемы находятся в определенности и без ограничения общности m2 > mсильномагнитном состоянии. Таким образом, например, и варьируя соотношения всех остальных параметров, AW1 соответствует ферримагнитной фазе с первой подможно всего реализовать 32 различных фазовых песистемой в слабомагнитном состоянии, а второй — в рехода. Для фазовых переходов первого рода между сильномагнитном.

коллинеарными фазами критические поля линейны по В зависимости от величины межподрешеточного обобменному параметру. Например, для фазового пеменного взаимодействия и соотношения параметров подрехода FW2 AS систем исходным состоянием при H = 0 будет одно из четырех возможных ферримагнитных: AW, AW1, AW2, AS.

(M2 - m2)H2 - M1(M2 + m2) HFW 2AS =. (6) Введем характерные значения обменного параметра, |M1 - M2| -M1 -mФизика твердого тела, 1998, том 40, № 282 Н.П. Колмакова, Р.З. Левитин, А.С. Маркосян, М.Ю. Некрасова Критические поля фазовых переходов первого рода между неколлинеарной фазой и ферримагнитной (или ферромагнитной) фазой являются нелинейными функциями. Например, HNW2AW = (m2 - m1) - (M1 - m1) 1/ [2H1 - M1 - m1]. (7) Обратим внимание на то, что фазовые переходы второго рода реализуются только между неколлинеарной и ферромагнитной (или ферримагнитной) фазами и происходят без изменения состояния каждой из подсистем.

Критические поля равны Рис. 1. Схематическая кривая намагничивания ферримагнетиHAiNi = |M2i - M1i|, HNiFi = (M1i + M2i), ка с двумя магнитно-нестабильными подсистемами, удовлетворяющими условиям (9) и (10), при 6 < <7.

i = W, W1, W2, S, Mi = mi, i = W; Mi = Mi, i = W1, W2, S. (8) кривой намагничивания являются срывы из неколли2. Случай максимального количества неарных фаз NW 2 и NS в ”чужие” ферримагнитные фазы. Конфигурации магнитных моментов при этом фазовых переходов определяются известными формулами для углов (см., наЕсли магнитные моменты второй подсистемы в обоих пример, [8]) в полях сравнивания термодинамических состояниях настолько велики, что удовлетворяют усло- потенциалов.

вию Если значения обменного параметра вместо услоm2 > M1, M2 > m2 + 2M1, (9) вия (11) удовлетворяют условию и, кроме того, 3 < <6, (12) H2 > H1 + (m2 - m1), (10) то кривая намагничивания отличается от изображенной на рис. 1 возникновением не шести, а только двух при значениях обменного параметра, удовлетворяющенеколлинеарных фаз: NW и NW 1.

го условию (5c) для существования исходного состояния Полная магнитная фазовая диаграмма в координатах AW2 (первая подсистема в сильномагнитном состоянии, (H, ) для случая, когда исходная кривая намагнивторая — в слабом), могут реализоваться весьма любочивания второй подсистемы характеризуется большими пытные кривые намагничивания, когда дважды происховеличинами намагниченностей и критического поля, чем дит перемагничивание первой нестабильной подсистемы:

первой подсистемы ( см. (9), (10)), приведена на рис. 2.

первый раз, когда роль стабильной подсистемы выполняОтметим, что поле фазового перехода HFW2AS является ет вторая подсистема с намагниченностью m2, и второй линейной убывающей функцией (см. (6)). В зависимораз, когда снова роль стабильной подсистемы выполняет сти от конкретного соотношения параметров подсистем вторая подсистема, но уже с намагниченностью M2.

значение обменного параметра Для значений, удовлетворяющих условию (M2 - m2)H6 > >7, 6 = H1/M1, 7 = 2H1/(M1 + m1), (11) 8 =, (13) 2M1(M2 - M1 - m2) +m2(M2 -m2) кривая намагничивания изображена на рис. 1. Видно, что она характеризуется пятью фазовыми переходами пер- при котором HFW 2AS = HNW2FW2, может быть больше (как на рис. 2) и меньше, чем 7. Если 8 < 7, то в вого рода и шестью неколлинеарными фазами. Процесс намагничивания до состояния FW 2 происходит по сцена- интервале значений обменного параметра 8 < <рию AW 2 NW 2 AW NW FW NW 2 FW2, кривая намагничивания будет отличаться от изобразатем через фазовый переход первого рода система женной на рис. 1 отсутствием фазы FW2 и наличием попадает в состояние AS, и снова происходит про- фазового перехода первого рода NW2 AS. Из рис. цесс перемагничивания первой подсистемы по сценарию видно, что малые ( < 3) и большие ( > 7) знаAS NS AW1 NW 1 FW 1 NS FS при чения обменного параметра соответствуют ситуациям второй стабильной подсистеме с намагниченностью M2 со значительно более простыми последовательностями до конечного состояния FS. Характерной особенностью магнитных состояний системы.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Магнитные фазовые диаграммы ферримагнетиков с двумя магнитно-нестабильными... 3. Другой пример магнитной фазовой диаграммы Когда для параметров подсистем условия (9), (10) не выполняются, магнитные фазовые диаграммы имеют более простой вид. При гораздо менее жестких, чем (9), (10), соотношениях параметров, например M2 > M1, H2 < H1, 2 <4 (14) (напомним, что для определенности выбрано m2 > m1), магнитная фазовая диаграмма приведена на рис. 3. Кривые намагничивания для соединений с такой магнитной фазовой диаграммой будут гораздо проще, чем изображенная на рис. 1. Однако из рис. 3 видно, что разным величинам обменного параметра соответствуют различные последовательности фазовых переходов, разных по своей природе. Например, после неколлинеарной фазы могут следовать два фазовых перехода первого рода, либо неколлинеарная фаза может располагаться HРис. 3. То же, что на рис. 2, в случае условия (14). 9 =, Mмежду фазовыми переходами первого рода. Таким обра(M2-m2)H2 (M2-m2)H2 H10 =, 11 =, 12 =.

(M2-m2)(M2-2m1)+2m2 (M2-m2)(2m1+m2)-2m2 mзом, анализ кривых намагничивания дает возможность, 1 оценить величину обменного взаимодействия между подрешетками ферримагнетика.

Рассматривая различные соотношения параметров (mi, ния, которые для данной магнитной фазовой диаграммы Mi и Hi) подсистем, в том числе не удовлетворяющие имеют разный вид в различных интервалах значений обусловиям (9), (10), (14), можно построить все возможменного параметра, как это было продемонстрировано ные магнитные фазовые диаграммы. В координатах (H, на рис. 2, 3.

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.