WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 3 Низкочастотная оптическая проводимость неоднородных сплавов © Н.И. Коуров, Ю.В. Князев Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук, 620219 Екатеринбург, Россия E-mail: kourov@imp.uran.ru (Поступила в Редакцию 21 апреля 2005 г.) Приведены результаты измерений оптической проводимости сплавов PdMn0.7Fe0.3, Pd2AuFe и GdCu, имеющих разную степень однородности. Обсуждаются возможные причины низкочастотной (E < 1eV) аномалии в виде максимума на кривых (). Отклонение от друдевского поведения () связывается с присутствием в высокоомной матрице данных сплавов мелких „металлических“ включений.

PACS: 72.15.Eb, 72.40.+w 1. Известно (см., например, [1–7]), что оптическая Следует отметить, что в [9] предложен альтернативпроводимость () некоторых металлических материа- ный [7] вариант рассмотрения аномального поведения лов испытывает аномальное поведение в низкочастотной () в инфракрасной (ИК) области спектра для подоб(друдевской) области спектра, соответствующей энергии ного рода неоднородных систем. Показано, что в случае световых квантов E < 1 eV. Сначала при уменьшении E металлических частиц малого размера a в этом энергетическом интервале начинается, казалось a l, a F/, (1) бы, обычный „друдевский“ рост проводимости, который затем прекращается, и на кривой () образуется один, когда нарушается условие локальной связи между элека иногда даже несколько довольно узких максимумов.

тромагнитным полем и током, становится существенВ высокоомных сплавах такую особенность оптических ным магнитно-дипольное поглощение, которое в знасвойств иногда связывают: с наличием узкой „псевдочительной мере определяется характером отражения щели“ на EF [1,6]; с процессами андерсеновской локаэлектронов от поверхноcти частицы и формой частицы.

лизации электронов проводимости вследствие сильного В выражении (1) l — длина свободного пробега элекатомного беспорядка в исследованных образцах [2]; с тронов проводимости, = F/ — пробег электрона формированием узкой примесной зоны на EF, слабо гибридизированной с электронными состояниями мат- за период колебания электромагнитного поля световой рицы [3]; с многочастичными корреляционными эффек- волны, F — фермиевская скорость электронов. Если за период световой волны в условиях зеркального тами [5]. В чистых металлах подобная аномалия () отражения электрон успевает многократно отразиться объясняется вкладом от низкоэнергетических квантовых переходов электронов или связывается с особенностями от поверхности частицы, резко возрастает коэффициент поглощения света поверхностным слоем образца в при- поглощения в далекой ИК-области спектра (при 0).

сутствии поверхностных электронных состояний [4]. В этом случае оптическая проводимость не описывается В [7] обращается внимание на то, что все исследо- „классической“ формулой Друде [8] ванные в [1–6] металлические материалы относятся к () 1/2, (2) системам с разной степенью однородности, отличной от предельно возможной. Как правило, в таких материалах и на кривой () должна появиться аномалия в виде можно выделить области нано- или микроскопических максимума, положение которой определяется соотношемасштабов, отличающиеся величиной локальной диэлекнием между величинами a, l и.

трической проницаемости от проницаемости окружаСледовательно, при анализе результатов измерений ющей среды. В этом случае из-за процессов интерфенизкочастотной проводимости реальных металлических ренции в результате рассеяния света на границах таких систем, которые проявляют аномальное (отличное от областей при определенных длинах волн должно протого, что дает теория Друде) поведение, часто возникает исходить ослабление отраженного света, т. е. возникает неопределенность при их трактовке. По-видимому, в так называемое явление геометрического резонанса [8].

данном случае нет оснований однозначно связывать приПоявление геометрического резонанса следует ожидать сутствие низкочастотного максимума на кривых () в оптических спектрах систем с неоднородностями, только с особенностями электронной зонной структуры, характерный масштаб которых сравним или больше как это делается для ряда систем сплавов, например, длины световой волны. Учет эффектов, обусловленных в [1–6]. Скорее всего, при определенном уровне неодналичием поверхности раздела двух сред с разными величинами, приводит к появлению сингулярного вида нородности исследуемых металлических систем необпоправок к поляризуемости неоднородной среды, опи- ходимо учитывать явление геометрического резонанса сываемых в дипольном приближении формулами типа или нарушение условия локальной связи при взаимоКлаузиуса–Моссотти [7,8]. действии электромагнитного поля световой волны с 1 386 Н.И. Коуров, Ю.В. Князев нитной (TN 815 K) матрицы типа PdMn, в которой распределены низкоомные (0 < 10 µ · cm) области в виде ферромагнитно упорядоченных (TC 730 K) по типу PdFe пластин, имеющих средние поперечные размеры a 10 µm. По результатам расчетов зонной структуры [11], в микронеоднородных сплавах системы PdMnxFe1-x нет оснований ожидать каких-либо особенностей электронного спектра, которые могли бы привести к аномальному поведению низкочастотной проводимости.

В этом гетерофазном сплаве особенности () в ИКобласти спектра, скорее всего, обусловлены эффектом интерференции света, отраженного от мелких частиц, с малым удельным электросопротивлением, или связаны с нарушением локальной связи при взаимодействии электромагнитного поля с электронами проводимости в этих „металлических“ частицах. В первом случае особенности низкочастотной оптической проводимости рассматриваются в рамках макроскопической электродинамики с использованием известной теории Ми [8], как это делается в [7]. Во втором случае для анализа результатов измерений () необходимо привлекать нелокальную теорию ИК-поглощения [9], когда взаимодействие электронов „металлических“ частиц с низкочастотным полем зависит от траектории их движения за относительно большой период времени, в течении которого электроны успевают многократно столкнуться с поверхностью частицы. Оба указанных подхода в отличие от используемых в [1–6] акцентируют внимание на факте неоднородности материала, на присутствие в высокоомной матрице мелкомасштабных частиц с относительно малым. Области применения этих двух подходов разделяются соотношением (1). Если условие (1) выполняется, поле на масштабе частицы является однородным и необходимо использовать нелокальную теорию ИК-поглощения. Если же размеры „металлических“ частиц a сравнимы или больше длины свободного Оптическая проводимость неоднородных сплавов при комнатпробега электронов в массивном металле l и длины ной температуре. a —PdMn0.7Fe0.3; b —Pd2AuFe: 1 —в разэлектромагнитной волны, для оценок оптического упорядоченном и 2 — в атомно-упорядоченном (отжиг в поглощения пригодна теория Ми.

течениие 200 часов при T = 720 K) состояниях; c — GdCu:

Для микронеоднородного сплава PdMn0.7Fe0.3 можно 1 —в однофазном и 2 — в двухфазном сотояниях.

считать, что в [7] довольно обоснованно проводится анализ () в рамках теории Ми. По положению „резоэлектронами проводимости в „металлических“ областях.

нанса“ на частотной зависимости оптической проводиПри этом важно обращать особое внимание на уровень мости для этого сплава можно оценить длину пробега однородности поверхностного слоя, на глубину которого электрона за период световой волны 12 µm, что проникает поле световой волны в исследуемых образцах.

сравнимо с приведенными выше значениями размеров 2. На рисунке приведены кривые оптической прово- металлических частиц a 10 µm. В то же время из велидимости (), полученные нами в ИК-области спектра чины удельного сопротивления в объеме металлических для трех металлических сплавов, которые отличают- частиц типа PdFe получаем длину свободного пробега ся друг от друга видом неоднородности их кристал- электронов проводимости l > 10 µm. Следовательно, для лической структуры. Согласно рентгеноструктурным, микронеоднородного сплава PdMn0.7Fe0.3 условия (1) мессбауэровским и нейтронографическим исследовани- не выполняются, т. е. аномалия на кривой () при ям (см. [10] и ссылки в ней), сплав PdMn0.7Fe0.3 E 0.1 eV действительно обусловлена явлением геоимеет микронеоднородную структуру. Он состоит в метрического резонанса.

основном из высокоомной (с величиной остаточного 3. Несколько иная ситуация реализуется, по-видимоэлектросопротивления 0 > 100 µ · cm) антиферромаг- му, в сплаве Pd2AuFe, который упорядочивается в ГЦК Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Низкочастотная оптическая проводимость неоднородных сплавов решетке с разной степенью атомного порядка [6]. ней), что охлажденный от T 620 K образец GdCu при В разупорядоченном состоянии ( = 0) этот сплав яв- комнатной температуре обладает совершенной струкляется однородным ферромагнетиком с TC = 460 K и турой типа CsCl и имеет характерное для металла остаточным электросопротивлением 0 28.5 µ · cm. сопротивление 40 µ · cm. Как видно из рис. 1, c, его Как показано в [6] и видно из рисунка, b, оптическая низкочастотная оптическая проводимость может быть проводимость такого сплава в пределе 0 ведет себя описана обычным друдевским законом (2).

практически обычным для металлов образом и описыва- Дальнейшее понижение температуры образца сопроется в приближении Друде (2). Атомное упорядочение вождается появлением в нем при T < TN1 второй ансплава в результате отжига при T = 720 K сопрово- тиферромагнитной (TN2 40 K) фазы, упорядоченной ждается появлением антиферромагнитного порядка при в орторомбической структуре типа FeB. Вторая фаза, T TN 130 K. Упорядоченный ( 1) сплав Pd2AuFe зародившаяся при низких температурах, сохраняется заимеет довольно высокие значения 0 200 µ · cm. тем вплоть до T = 620 K. Следовательно, в зависимости Мессбауэровские электронно-микроскопические и рент- от предыстории получения сплав GdCu при комнатной геноструктурные исследования показывают (см. [6] и температуре может находиться в одно- или двухфазссылки в ней), что процесс упорядочения протека- ном состояниях. Эти две фазы хорошо фиксируются ет в сверхструктуре типа L12. Микродифракционные по результатам рентгеноструктурных исследований, т. е.

картины, полученные для упорядоченного сплава при размеры выделений фаз, как и в сплаве PdMn0.7Fe0.3, комнатной температуре, имеют „твидовый“ дифракци- составляют по величине a > 10 µm. Переход сплава онный контраст, что свидетельствует о несовершен- GdCu в двухфазное состояние сопровождается увеличестве его кристаллической структуры и возможности нием электросопротивления в несколько раз (см. [13] присутствия в высокоомной (атомно-упорядоченной) и ссылки в ней), что указывает на разные величины матрице мелких (размером a 1nm [12]) металличе- диэлектрических проницаемостей этих фаз.

ских (атомно-разупорядоченных) областей. Из-за ма- Естественно, такое отличие структурного состояния лых размеров такие области обычными рентгенострук- одного и того же образца в широком интервале температурными или мессбауэровскими методиками не об- тур (144 < T < 620 K) должно сопровождаться разным наруживаются. Причем эти несовершенства (низкоом- поведением оптических свойств. Ранее выполненные ные локальные области) частично сохраняются и в исследования главным образом в области межзонных предельно упорядоченном сплаве Pd2AuFe. Как видно переходов (E 0.5eV) [13,14] не обнаружили сущеиз рисунка, b, именно в этом структурно несовершен- ственных различий в поведении оптической проводином состоянии присутствует низкочастотный доволь- мости для одно- и двухфазного GdCu. Проведенные но размытый (по сравнению с аномалией резонансно- нами исследования оптической проводимости двухфазго вида для сплава PdMn0.7Fe0.3) максимум на кри- ного GdCu в более длинноволновом интервале спектра вой (). позволили обнаружить усиление поглощения в пределе В настоящее время отсутствуют неопровержимые 0. Как видно из рис. 1, c, присутствие в GdCu двух доказательства наличия „псевдощели“ в электронном фаз приводит к возникновению резонанса на кривой спектре упорядоченного Pd2AuFe. Поэтому трактовка, () при энергии световых квантов E 0.1eV. По предложенная в [6] для объяснения низкочастотной форме максимум на кривой () для двухфазного GdCu аномалии () в данном сплаве, может быть поставлена подобен тому, что наблюдается в гетерофазном сплаве под сомнение. Скорее всего, усиление поглощения света PdMn0.7Fe0.3. Учитывая размеры выделений фаз, можно при 0 в упорядоченном сплаве Pd2AuFe, имеющем считать, что низкочастотная аномалия на кривой () в не полностью совершенную кристаллическую структу- двухфазном сплаве GdCu также обусловлена явлением ру L12, обусловлено присутствием в его высокоомной геометрического резонанса.

матрице настолько мелкомасштабных металлических 5. В заключение следует отметить, что вопрос о включений, что при взаимодействии электромагнитного совершенстве кристаллической структуры является дисполя с электронами проводимости выполняются усло- куссионным практически для всех материалов, исследовия (1). Поэтому в процессе отражения электронов ванных в [1–6]. Аналогичная ситуация реализуется также проводимости на границах низкоомных областей нару- в сплавах TiNi с эффектом памяти формы, где низкошается локальная связь при взаимодействии между элек- частотные аномалии () наблюдаются вблизи мартентронами и полем световой волны, что, согласно [9], мо- ситного превращения типа B2 B19 [15]. Характерные жет привести даже в предельно упорядоченном сплаве отклонения от друдевского поведения () хорошо Pd2AuFe к низкочастотной аномалии (), наблюдаемой известны для высокорезистивных квазикристаллических на эксперименте. сплавов и металлических стекол (см., например, [16] и 4. Для решения проблемы, рассматриваемой в на- ссылки в ней). Вероятность возникновения структурностоящей работе, определенный интерес представляют неоднородного состояния во всех этих случаях достарезультаты исследования оптической проводимости в точно велика. На наш взгляд, истинные причины низкоИК-области спектра для антиферромагнетика GdCu частотной аномалии () в рассматриваемых сплавах (TN1 = 144 K). Известно (см., например, [13] и ссылки в пока еще окончательно не выявлены.

1 Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 388 Н.И. Коуров, Ю.В. Князев Сравнительный анализ результатов измерений низ- [11] Н.И. Коуров, М.А. Коротин, Н.В. Волкова. ФТТ 44, 2, (2002).

кочастотной (E < 1eV) оптической проводимости для [12] А. Гинье. Рентгенография кристаллов. Физ.-мат. лит., М.

трех рассматриваемых сплавов показывает, что в неодно(1961). 602 с.

родных материалах, состоящих из высокоомной матрицы [13] Ю.В. Князев, Н.И. Коуров. ФММ 91, 48 (2001).

и мелких зародышей (включений) второй металлической [14] Л.В. Номерованная, Н.А. Попова, Р.З. Торчинова. ФММ фазы, друдевское поведение () действительно нару62, 279 (1986).

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.