WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1998, том 40, № 3 Долговременная релаксация упорядоченной магнитной структуры © С.К. Годовиков, Ю.Д. Перфильев, Ю.Ф. Попов, А.И. Фиров Научно-исследовательский институт ядерной физики при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова, 119899 Москва, Россия Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 119899 Москва, Россия Институт металлургии им. А.А.Байкова Российской академии наук, 117911 Москва, Россия (Поступила в Редакцию 1 июля 1997 г.

В окончательной редакции 30 сентября 1997 г.) При исследовании методом эффекта Мессбауэра параметров сверхтонких взаимодействий на ядрах Fe57 в ферримагнетике Tb.8Y0.2Fe2 впервые обнаружен эффект долговременной (дни, месяцы) релаксации упорядоченной магнитной структуры. Он выражается в том, что после действия на образец импульсного магнитного поля (до 250 kOe) часть моментов изменяет свою ориентацию, а затем медленно, путем постепенного ”распада” кластеров переориентированных моментов, возвращается в исходное состояние.

Произведена теоретическая оценка времени релаксации.

Явления гигантской магнитной анизотропии и гигант- щую меньшую локальную намагниченность. Характерской магнитострикции, обнаруженные в 60-х годах в ред- ные времена ”распада” — часы, сутки. В приложенном коземельных магнетиках, не исчерпывает, по-видимому, магнитном поле распад тормозится. Было предложено, весь набор ”гигантских” магнитных свойств, присущих что явление носит кластерный, микроколлективный характер. Его уместно было бы назвать гигантской маглантаноидам. Отдельные работы последних тридцати лет нитной вязкостью магнитной структуры редкоземельноуказывают на возможность существования еще одного такого свойства, связанного с зависимостью от време- го магнетика по аналогии с другими специфическими свойствами этого класса веществ. Было бы чрезвычайно ни некоторых макроскопических магнитных параметров.

интересно определить контуры области существования Так, например, известно [1], что время релаксации для Tb, содержащего 0.5 at.% разных примесей, может до- этого явления. В связи с этим и было предпринято настоящее исследование, выполненное на этот раз на стигать 160 s в области перехода в антиферромагнитное соединении Tb0.8Y0.2Fe2 методом мессбауэровской (Fe57) состояние. В работе [2] для Tb в области температур спектроскопии.

выше 135 K наблюдалось спадание начальной восприИнтерметаллид TbFe2 — ферримагнетик с высокой имчивости за период 320 min, которое было связано точкой Кюри (682 K); его константы магнитной анис внутренним свойством Tb, а не с присутствием призотропии K1 = -7 · 107 erg/cm3 и магнитострикции месей. Авторы [3] обнаружили упругое последействие, s = 2 · 10-3 при 300 K также очень велики [6].

соответствующее большой магнитной вязкости некотоЗамещение Tb иттрием вводит некоторый беспорядок рых соединений Tb с Gs и Dy. Характерные времена в периодическое расположение магнитных ионов Tb и релаксации составляли 102 s. Длиннопериодное спадасоздает предпосылки для разбаланса энергии обмена, ние наведенной намагниченности известно также в спимагнитной анизотропии и магнитострикции в сторону, новых стеклах, содержащих редкоземельные элементы.

благоприятную для проявления возможных эффектов Например, в системе Y + 3 at.% Tb [4] намагниченность метастабильности.

спадает за время 4000 s. Это является следствием того, что система спинового стекла многократно вырождена, что приводит к процессам медленного блу1. Методика эксперимента ждания между энергетическими ”долинами”. Однако микроскопический механизм спадания намагниченности, Для создания возмущения в системе магнитных моа также других макропараметров не был известен в ментов использовались импульсные магнитные поля навышеупомянутых работах, да и сама постановка этой пряженностью до 250 kOe и с длительностью импульса проблемы отсутствовала.

в несколько миллисекунд. Поля создавались в зазоре Первый шаг к пониманию микроскопического меха- соленоида при разряде батареи конденсаторов. Поле низма был сделан в работе [5], в которой были обнаруже- 125 kOe формировалось при комнатной температуре, а ны и исследованы временные зависимости сверхтонких 250 kOe — при охлаждении соленоида и образца жидким взаимодействий на примесном Sn119 в металлическом азотом. Основной исследовательский метод — мессбауTb. Оказалось, что магнитное окружение атома Sn эроская спектроскопия на ядрх Fe57. Была применена при некоторых условиях (обычно вблизи точки Нееля) на установках ”Персей”, которая позволяет измерять теряет устойчивость и распадается в структуру, имею- параметры сверхтонких взаимодействий с точностью до Долговременная релаксация упорядоченной магнитной структуры Рис. 1. Мессбауэровский (Fe57) спектр Tb0.8Y0.2Fe2. T = 293 K. Спектр обработан по модели двух секстетов линий.

10-3 mm/s и источник Co57 в Cr активностью 10 mCi. поля вызывает гистерезис магнитной структуры образца, Магнитные параметры измерялись на высокоточном маг- который существует в течение времени, достаточного нитометре. Рентгеноструктурный анализ проводился на по крайней мере для получения спектра. Интересно установке ДРОН-3. было проверить, насколько устойчиво сформированное гистерезисное состояние.

Оказалось, что параметр A1/A2 релаксирует на ис2. Результаты экспериментов ходный уровень за время порядка месяца (рис. 2, a).

Повторное действие магнитного поля приводит к такому Мессбауэровский спектр образца Tb0.8Y0.2Fe2 при же гистерезисному эффекту, но время релаксации умень293 K представлен на рис. 1. Спектр хорошо соответшается до одной недели (рис. 2, b).

ствует параметрам, характерным для соединений серии Очень важно было установить, при каких условиях RFe2 [7,8]. Он разлагается на два секстета линий с гистерезисное состояние не распадается, т. е. обладаразличными сверхтонкими магнитными полями (H1 и ет абсолютной временной устойчивостью. Для этого H2), изомерными сдвигами (1 и 2), квадрупольными из того же самого куска материала был приготовлен расщеплениями (Q1 и Q2) ширинами линий (1 и 2) и образец, который не имел магнитной предыстории. Он заселенностями A1 и A2 (A1/A2). Параметры сведены в был подвергнут действию поля 250 kOe серией из пяти табл. 1. В первой строке таблицы приведены параметры импульсов, следовавших с интервалом 10 min. Результат исходного спектра, а во второй — параметры спектра, представлен на рис. 2, c. Видно, что глубина перестройки который был получен непосредственно после действия структуры зедсь такая же, как в случаях, представленных поля 125 kOe (1импульс). Время получения спектра на рис. 2, a, b, но релаксация отсутствует в течение по составляло 10–12 h. Из табл. 1 видно, что действие поля крайней мере двух месяцев.

изменяет существенно лишь один параметр — A1/A2.

Прочие параметры в пределах экспериментальных оши- Измерения петель магнитного гистерезиса показали, бок стабильны, за исключением, быть может, параметра что Tb0.8Y0.2Fe2 является достаточно магнитомягким 2, который незначительно возрастает. Итак, действие материалом. Его коэрцитивная сила составляет 250 Oe Таблица 1. Параметры мессбауэровских спектров Tb0.8Y0.2Fe2 (T = 293 K) H1, kOe H2, kOe 1, mm/s 2, mm/s Q1, mm/s Q2, mm/s A1/A2 1, mm/s 2, mm/s Исходное 212.9 193.2 0.016 0.011 0.204 -0.534 3.1 0.30 0.состояние (0.2) (0.7) (0.002) (0.008) (0.004) (0.017) (0.1) (0.01) (0.03) После действия 212.9 193.8 0.017 0.0101 0.206 -0.555 2.4 0.31 0.поля 125 kOe (0.2) (0.7) (0.002) (0.008) (0.004) (0.016) (0.1) (0.01) (0.03) Физика твердого тела, 1998, том 40, № 510 С.К. Годовиков, Ю.Д. Перфильев, Ю.Ф. Попов, А.И. Фиров угол между осью аксиально-симметричного градиента электрического поля и магнитным полем не будет, вообще говоря, одинаковым для всех атомов железа (рис. 3).

Если направление намагниченности — ось [111], то существуют два класса различимых атомов железа: те, для которых = 0, и те, для которых = 7032. Они присутствуют в отношении 1 : 3 (рис. 3) и могут быть различимы в мессбауэровском эксперименте, поскольку комбинированный эффект магнитного дипольного и электрического квадрупольного взаимодействия зависит от угла. Возможны также еще два случая: направление Рис. 2. Долговременная релаксация в Tb0.8Y0.2Fe2. a —после легкого намагничивания [110] (две пары неэквивалентдействия поля 125 kOe, b — после повторного действия поля ных узлов и отношение интенсивностей спектров 1 : 1), 125 kOe, c — после действия поля 250 kOe.

и направление легкого намагничивания [100] (все узлы эквивалентны и имеется только один мессбауэровский спектр).

В структуре TbFe2 ось легкого намагничивания у исходного материала и уменьшается до 190 Oe [111], т. е. параметр A1/A2 должен быть равным трем, после действия поля 125 kOe (случай показанный на что и наблюдается в нашем случае. Итак, параметр рис. 2, a). Рентгеноструктурный анализ выявил, что A1/A2 есть отношение заселенностей двух магнитноисходное значение параметра решетки гцк-структуры неэквивалентных положений, показанных на рис. 3. Расa = 7.345 ± 0.001 не изменяется после действия поля смотрим наиболее вероятную причину изменения A1/A250 kOe.

Эксперимент по поиску гистерезиса параметра A1/A2 под действием внешнего поля.

В кубической решетке существуют четыре направлебыл проведен также в слабом поле 4.7 kOe, которое сония легкого намагничивания типа [111] (диагонали куба).

здавалось электромагнитом в течение 10 min при 293 K.

Энергетически они абсолютно эквивалентны, но раздеНикаких изменений A1/A2, а также других параметров лены между собой достаточно высокими барьерами. В спектра обнаружено не было.

каждой данной элементарной ячейке моменты выстраиваются вдоль какой-то одной оси [111], в силу чего 3. Обсуждение результатов A1/A2 = const по всем ячейкам. Сильное внешнее поле способно, однако, нарушить это постоянство. В пределах Прежде всего следует отметить, что наблюдаемые одной и той же ячейки часть моментов может быть явления никак не связаны с процессами макроскопичепереориентирована на другую ось типа [111]. Например, ского намагничивания и размагничивания Tb0.8Y0.2Fe2.

Образец не превращается под действием импульсного поля в постоянный магнит, так как величина его коэрцитивной силы незначительна. Кроме того, остаточное намагничивание привело бы к заметному магнитострикционному эффекту, который отсутствует с точностью до 0.001. И наконец, параметры H1 и H2 до и после действия поля идентичны, т. е. внутреннее поле в образце, наведенное действием внешнего поля, ничтожно мало.

Причину гистеризиса и релаксации A1/A2 следует искать в микроскопическом устройстве собственно магнитной структуры исследуемого материала.

Обратимся к природе полей H1 и H2, которая считается достаточно хорошо изученной в классе соединений RFe2 [7,8]. Они имеют структуру типа фаз Лавеса, атомы железа располагаются в вершинах тетраэдров, имел симметрию 3m. Оси третьего порядка лежат в направлениях [111]. Атомы R образуют алмазную решетку, на элементарную ячейку приходятся четыре единообразно выстроенных тетраэдра атомов Fe. Фрагмент структуры FRe2 представлен на рис. 3.

Атомы железа кристаллографически абсолютно эквивалентны, если кристалл не намагничен. Присутствие Рис. 3. Расположение атомов Fe в структуре RFe2. Стрелки — магнитной оси создает различие между ними, поскольку магнитные моменты Fe.

Физика твердого тела, 1998, том 40, № Долговременная релаксация упорядоченной магнитной структуры если во фрагменте структуры, изображенном на рис. 3, Таблица 2. Расчетные времена релаксации моментов ( ) в лишь один момент совершит такой перескок с измене- зависимости от усредненного числа моментов в кластере (N) нием угла с 7032 до 0, то A1/A2 становится равным x N 2/2 = 1. Поля H1 и H2 и другие параметры спектра при этом изменяться не должны, поскольку конфигурация с 5 2.14 7.7 · 10-13 s коллинеарным расположением моментов и ”дефектная” 30 12.87 0.93 · 10-2 s 35 15.02 1.18 s конфигурация энергетически эквивалентны. Поскольку 40 17.17 2.5 min исследуемый материал является поликристаллом, пере45 19.31 5.6 h скоки моментов на оси [111] носят случайный характер.

48.5 20.81 7.19 days Если считать, что из шестнадцати моментов атомов Fe, 50 21.46 31.25 days приходящихся на одну элементарную ячейку, в среднем 51 21.89 83.3 days лишь один изменяет свою ориентацию, то это приводит 52 22.32 222.2 days к изменению A1/A2 с 12/4 = 3 до 11/5 = 2.2, что весьма близко к экспериментально наблюдаемому значению (рис. 2).

Далее возникает естественный вопрос: как будет вести Уравнение (6) позволяет установить связь между и N, себя ”дефектная” конфигурация в зависимости от време- если учесть, что E/kT 2.33 для TbFe2, имеющего ни Будет ли она релаксировать в исходное состояние, и точку Кюри 682 K.

если да, то сколь велико время этой релаксации Из табл. 2, в которой приведены результаты расчета, Очевидно, что один момент возвратиться в исходное видно, что зависимость от N носит ”катастрофический” состояние не может, поскольку это связано с возраста- характер: кластер из двух моментов распадается за 0-13 s, нием энергии на величину по крайней мере порядка а из 22 — за 222 days. Наблюдаемые в эксперименте вреобменной энергии на узел решетки. Релаксация должна мена релаксации обеспечиваются кластером, состоящим просходить одновременно для всех моментов, объединен- из 20–22 моментов, причем зависимость от N даже в ных силами обменного взаимодействия в некий кластер.

этой узкой области чрезвычайно резкая: изменение N на Попробуем оценить число моментов, которые должны 7% увеличивает с 7 до 222 days.

входить в это образование. Для этого воспользуемся Приведенный расчет носит, конечно, самый общий, физическими соображениями и выводами работы [9], в оценочный, характер, поскольку многие параметры данкоторой обсуждается релаксация сверхтонких полей для ного вещества не приняты во внимание. Однако, с другой примеси Sn в Tb.

стороны, основные черты наблюдаемых эффектов вполне Предположим вслед за авторами [9], что для поворота описываются уравнением (6). Очевидно, что главным момента из ”дефектного” состояния в нормальное требу- параметром здесь является размер кластера N. Это ется энергия E. Тогда поворот будет осуществляться объясняет почти все экспериментальные результаты.

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.