WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 12 |

1.1. Д е п и н н и н г д и с л о к а ц и й в м а г н и т н о м п о л е. Работа [57] положила начало систематическому исследованию действия слабого МП на механические свойства немагнитных кристаллов. Парадоксальный на первый взгляд эффект, описанный в ней, заключался в инициировании движения краевых дислокаций в монокристаллах NaCl одним только однородным постоянным МП (B от 0.1 до 1.6 T) в отсутствие внешних механических напряжений. Пробеги дислокаций L, определявшиеся стандартным и весьма надежным методом двойного избирательного травления, росли линейно со временем экспозиции tB в МП и квадратом его индукции B и могли достигать сотен µm. Направление движения дислокаций не менялось при перемене знака поля на обратный, что, по мнению авторов, исключало возможность объяснения наблюдаемого эффекта действием пондермоторных сил МП или вихревого электрического поля, возникающего при включении МП или внесении в него образца. В последующих работах этой группы аналогич- Рис. 3. Закономерности магнитостимулированного депиннинные данные были получены и на других широкощелевых га дислокаций в различных материалах. a — зависимость пробегов краевых дислокаций L от индукции МП и времени кристаллах (LiF, CsI, InSb) [67–75], а также металлах экспозиции tB для кристаллов NaCl с различным содержанием Zn [76] и Al [77]. Часть этих результатов обобщена на Ca: 1, 1 — 0.5 ppm; 2, 2 — 1 ppm; 3, 3 — 10 ppm; 4, 4 — рис. 3. Величина L слабо зависела от температуры (или 100 ppm. 1–4 — из зависимости L(B); 1 -4 — из зависимосовсем от нее не зависела в ряде случаев), что сильно сти L(tB). 5 — доля стартовавших дислокаций. На врезках — отличает МПЭ от обычной подвижности дислокаций в концентрационная зависимость L при B = 0.5 T и схема опыта.

поле одних механических напряжений.

L0 — пробег в травителе. b — зависимость пробегов дисОценки показывают, что силовое давление МП на локаций в Al, нормированная на среднее расстояние между дислокационную линию по любому возможному мехадислокациями = 1 0, где 0 — их средняя плотность (1) низму на несколько порядков величины меньше уровня и доля стартовавших дислокаций (2) от длительности эксповнутренних напряжений, и тем более стартовых напря- зици tB в МП B = 1.2 T. На врезке — последовательность жений дислокаций. В [78] измерениями большого числа процедур: стрелка — введение дислокаций, — травление, B — экспозиция в МП. T = 293 K.

пробегов (N > 103) в достаточно удаленных друг от друга ( 1mm) областях кристалла было установлено равенство количества сдвинувшихся дислокаций и их средних пробегов в четырех эквивалентных кристалло 103-104 cm-2 (а следовательно, среднее расстояние графических направлениях (для ГЦКИ структуры) и их между ними — сотни µm), означает, что МП влияет на независимость от направления вектора МП при условии взаимодействие движущихся дислокаций с примесными сохранения его ортогональности к дислокационной лицентрами и, возможно, на внутренную структуру тех и нии. Это однозначно доказывает, что движущей силой других. Специальными опытами, в которых изменялся для транспорта дислокаций является случайная мозаика примесный состав и состояние примеси различными полей внутренних напряжений, а МП лишь понижает термообработками, показано, что высокая чувствительвысоту барьеров, преодолеваемых дислокациями.

ность к МП реализуется не для всех условий. Так, Заметим, что из этих данных нельзя сделать однозначнапример, увеличение концентрации Ca в кристаллах ного вывода о том, когда и вследствие чего понижается этот барьер — во время взаимодействия с ним дислока- NaCl от 0.5 до 100 ppm приводило к росту порогового МП с 0.03 до 0.25 T и падению L в поле B = 0.5T ции или до этого в результате внутренних перестроек в ядре дислокации и стопоре. Тот факт, что средняя плот- со 100 до единиц µm (врезка на рис. 3). Введение Pb ность дислокаций леса в этих кристаллах составляла и Cu в концентрации десятков ppm вызывало блокироФизика твердого тела, 2004, том 46, вып. Магнитопластичность твердых тел вание дислокаций и потерю чувствительности к МП, а легирование Ni (< 0.06 ppm) — значительное усиление МПЭ [71,79]. Движение большого числа рядом стоящих дислокаций в одну сторону на большие расстояния и линейный рост L до сотен и даже тысяч µm с увеличением длительности экспозиции в МП, наблюдавшиеся в особо чистых кристаллах при B = 1.6 T, указывают на то, что дислокации движутся преимущественно под действием крупномасштабных макроскопических внутренних напряжений, а не полей отдельных дислокаций, расположенных на гораздо меньших расстояниях, как это предполагалось в [80] при обсуждении возможных механизмов МПЭ.

Последующие модификации этих опытов позволили получить много новых данных. Так, в [79,81,82] образцы во время экспозиции в постоянном МП вращали вокруг оси [001] с различной угловой скоростью и обнаружили эффект резкого снижения эффективности i i действия МП при >c, где c —одна или несколько (дополнительно см. п. 2.1 и п. 2.3) критических частот, зависевших от величины поля как B2, но не зависевших от температуры и концентрации примеси (рис. 4). Это позволило оценить сверху минимально необходимое время действия МП определенной ориентации, достаточное для эффективного депиннинга дислокаций от стопоров в условиях опыта, величиной dp 10-2 s. ЗаРис. 4. Закономерности депиннинга дислокаций во вращаметим, что сам по себе депиннинг не есть элементарный ющемся МП. a — NaCl: 1 — B = 0.5T, T = 293 K; 2 — акт. Он состоит из нескольких стадий (более подробно B = 0.5T, T = 77 K; 3 — NaCl : Ca, C = 1 ppm, B = 0.5T, см. раздел 3 и рис. 20), так что нет никаких оснований T = 293 K; 4 —NaCl : Ca, C = 10 ppm, B = 0.5T, T = 293 K;

априорно отнести dp к одной из них, например, к 5 — B = 0.3T, T = 293 K. b — предварительно облученстадии спиновой эволюции, считая ее лимитирующей ный в течение tR рентгеновским излучением LiF. B = 0.5T, и пренебрегая временем ожидания возбуждения комT = 293 K. 1 — tR = 0, 2 — tR = 10 s, 3 — tR = 20 s, плекса дислокация–стопор и временем выхода продуктов 4 — tR = 30 s. На врезке показана схема опыта.

разрыва связей из реакционной ячейки. Можно лишь констатировать, что обсуждаемые результаты находятся в чисто качественном согласии с зависимостью МПЭ от взаимной ориентации векторов B, дислокационной линии l и вектора Бюргерса b, наблюдавшейся в ряде работ (см., например, [79]).

Двойное избирательное травление имеет очень низкое временное разрешение (не лучше нескольких десятков s), что не позволяет установить реальное время движения дислокаций и даже выяснить, больше оно или меньше продолжительности экспозиции в МП. Дополнительная информация о кинетике реального перемещения дислокаций [67] и роли последействия МП была получена в [83,84] методом непрерывного травления. В [83,84] на кристалл воздействовали коротким импульсом МП (B = 7 T, длительностью tB = 10 ms) без приложения механической нагрузки. При этом на поверхности кристалла вытравливались цепочки ямок с прогрессивно убывающими размерами, отражающие Рис. 5. Средняя скорость движения краевых дислокаций в скачкообразный характер движения дислокаций. Зная монокристаллах NaCl в зависимости от пройденного расстоскорость роста размеров ямки в данном травителе, яния после депиннинга в травителе (1) и в МП B = 7T, измеренную предварительно, по таким картинкам можно tB = 10 ms (2), полученная методом непрерывного травления при T = 293 K. На врезке показана схема измерений.

определить количество скачков, скорость движения в Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 774 Ю.И. Головин поскольку регистрируется лишь конечный результат — открепление дислокационного сегмента от стопора. Без участия более медленной молекулярной и дислокационной динамики, т. е. коллективного движения большой совокупности атомов, входящих в ядро дислокации, эти события не могут происходить. Большая разница времен dp в [79,81,82] и min в [84,85] может быть обусловлена многими причинами: разным уровнем легирования и внутренних напряжений, различиями в состоянии примесных комплексов и геометрии поля (кратковременное действие МП неизменной ориентации не эквивалентно вращению вектора B с постоянным модулем) и др.

Описанные выше простейшие опыты с влиянием на Рис. 6. Зависимость пробегов краевых дислокаций в мокристалл одного только МП позволили обнаружить нокристаллах NaCl от длительности МП, стимулирующего и проследить общие закономерности магнитостимулидепиннинг (1 — B = 7, 2 — 2, 3 — 1 T). На врезке — рованного депиннинга дислокаций. Но их физическая последовательность процедур. Обозначения те же, что и на рис. 3, b.

интерпретация сильно затруднена рядом особенностей, присущих этой методике. Во-первых, основная движущая сила процесса открепления и движения дислокаций в этих опытах — внутренние напряжения — не известны скачке, время его ожидания, корреляционные коэффизаранее ни по величине, ни по знаку, ни по дальнодейциенты между различными событиями и т. п. На рис. ствию. Во-вторых, дислокации стартуют не сразу после показана зависимость средней скорости движения кравключения МП, а в разные моменты времени (рис. 3).

евых дислокаций V от пройденного расстояния для Это означает, что дислокации, стартовавшие раньше, кристаллов NaCl, не обрабатывавшихся в МП, и для имеют возможность двигаться в МП дольше (хотя это кристаллов, подвергнутых действию импульса МП. Пои не обязательно должно произойти, часть из них может сле экспозиции в МП V возрастала в несколько раз, остановиться и до выключения МП, а другая часть — причем МП не только способствовало первоначальному двигаться и после выключения поля). Следовательно, без откреплению дислокаций от стопоров, но, что еще более учета времени ожидания старта пробеги сами по себе существенно, обеспечивало последующее облегченное не являются хорошей мерой для описываемого эффекта.

движение в течение десятков секунд после отключения Другими словами, ансамбли объектов и событий в этих поля, т. е. индуцировало эффект последействия. Маобстоятельствах не являются стационарными (причем, лые значения коэффициента корреляции между средним дважды: из-за роста числа частиц в ансамбле после временем ожидания у стопора и скоростью последуювключения МП и вследствие непрерывно меняющихся щего движения (< 0.1) свидетельствуют об отсутствии во времени и пространстве движущих напряжений).

взаимной обусловленности этих параметров. Это и поСтатистическая обработка подобных данных не может нятно: МП не могло влиять на реакцию взаимодействия проводиться без учета этого принципиального момента.

дислокаций с большинством стопоров в этих опытах, В целом это не столько проблема МПЭ, сколько пропоскольку почти весь пробег дислокаций проходил в блема динамики дислокаций вообще при очень низких отсутствие МП, а МПЭ возникал благодаря действию напряжениях, близких к стартовым. По меньшей мере МП на состояние стопоров в плоскости скольжения до при этом необходимо различать два случая: ансамтого, как к ним подходили дислокации.

бли с непрерывно возрастающим числом дислокаций в В этих опытах можно быо определить прямыми измених и ансамбли, в которых динамически поддерживарениями минимальную длительность импульса МП tmin, ется постоянство количества движущихся дислокаций.

достаточную для депиннинга дислокаций. Как видно из В-третьих, как видно из рис. 5, необходимо принимать рис. 6, tmin составляло для кристаллов NaCl с суммарво внимание не только влияние МП на процесс взаным содержанием двухвалентных примесей 10 ppm имодействия дислокации со стопором, но и учитывать около 10-6 s при T = 293 K [85,86] и не зависело от B возможность действия МП на электронную и атомарную (в отличие от опытов с вращающимся МП [79–82]).

структуры дислокационных ядер и стопоров самих по Разумеется, эта цифра не является константой даже для одного и того же материала. Но она дает реаль- себе. (Последние могут состоять из нескольких примесных атомов и катионных вакансий и иметь переменный ное представление о масштабе характерных времен в динамике депиннинга. Заметим, что из этих данных состав [87,88]). Кроме того, необходимо учитывать воз(как, впрочем, и из результатов определения критиче- можность их модификации не только одним МП, но еще ских частот c в опытах с вращающимся МП, рис. 4) большую ее вероятность при совместном действии МП, вовсе не следует, что это характерное время неких больших механических напряжений и электрических электронных процессов в системе дислокация–стопор, полей при их „контактном“ взаимодействии. Косвенно Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Магнитопластичность твердых тел об этом свидетельствует не „мгновенный“ старт дислокаций после включения МП, а постепенный рост числа дислокаций сдвинувшихся в течение нескольких минут (рис. 3). Обычная релаксация внутренних напряжений приводит к обратному явлению — постепенному уменьшению числа движущихся дислокаций.

Значительно более разнообразную информацию о динамике дислокаций можно получить, комбинируя магнитное воздействие с приложением внешних механических напряжений. Соответствующие опыты и их результаты описаны в следующем пункте.

1.2. Подвижность индивидуальных дислок а ц и й. Под подвижностью дислокаций будем понимать здесь (как это обычно и принято в исследованиях кинетических явлений и элементарных носителей) среднюю Рис. 7. Зависимость пробегов краевых дислокаций в монокрипо стационарному ансамблю величину их скорости в сталлах NaCl, вызванных одинаковым механическим нагружеединичном поле или средние пробеги, которые реалинием ( = 0.1 MPa, длительность 6 s, передний фронт 10 ms), зуются в поле прямоугольного импульса механических от набора и последовательности процедур, а также длинапряжений фиксированной амплитуды и продолжительтельности экспозиции в постоянном МП B = 1T. T = 293 K.

ности. МП может включаться на разных стадиях опыта 1 — контрольные опыты без МП (среднее значение пробе(см. далее), что позволяет создать гораздо большую гов L); 2 — дислокации вводили после экспозиции образца определенность в условиях эксперимента, в частности, в МП; 3 — дислокации вводили до экспозиции образца в по величине действующих на дислокации напряжений МП; 4 и 5 — одновременное нагружение и экспозиция в МП сдвига, номенклатуре и состоянию дефектов, подвергаю- (tB = 6s) с разной ориентацией вектора поля B по отношению линии дислокации l; 4 — B l; 5 — B l. На врезках показана щихся действию поля, и т. д.

последовательность процедур в разных типах опытов. — Чтобы разделить принципиально различающиеся камеханическое нагружение, остальные обозначения те же, что налы действия МП на дефектную структуру кристалла, и на рис. 3, b.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 12 |



© 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.