WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 9 Температурная зависимость гигантской магнитострикции субмикрокристаллического диспрозия © Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, Г.Ф. Корзникова Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, 450001 Уфа, Россия E-mail: Ilgiz@anrb.ru (Поступила в Редакцию 24 ноября 1998 г.

В окончательной редакции 25 февраля 1999 г.) Проведены измерения температурной зависимости магнитострикции Dy в различных структурных состояниях. Субмикрокристаллическое состояние создавалось методом интенсивной пластической деформации на наковальнях Бриджмена. Промежуточное и крупнозернистое состояния получались отжигом образца в вакууме при 573 и 873 K соответственно. В крупнозернистом состоянии на кривых зависимости магнитострикции от температуры наблюдается излом около 85 K, свидетельствующий о магнитном фазовом переходе ферромагнетизм–геликоидальный антиферромагнетизм. В субмикрокристаллическом состоянии эти кривые не имеют изломов и плавно уменьшаются до нуля при больших температурах, что интерпретируется как отсутствие геликоидального антиферромагнитного порядка в образце.

В предыдущих работах было показано значительное Измерения продольной магнитострикции проводились отличие некоторых магнитных свойств редкоземель- на одном и том же образце на установке, принцип ных (РЗ) ферромагнетиков в субмикрокристаллическом которой описан в работе [7]. Длина исследуемого (СМК) и крупнозернистом (КЗ) состояниях структуры. образца составляла 7.8 mm. Температура измерялась при помощи медного термосопротивления, намотанного Так, например, было установлено, что в Dy с СМК на измеряемый образец. Температурные зависимости структурой намагниченность уменьшается примерно в магнитострикции ((T )) были получены вычитанием 10 раз [1], коэрцитивная сила увеличивается от нуля в КЗ состоянии до 200 kA / m [2], и геликоидальный антифер- значений теплового расширения образца, снятого до воздействия магнитного поля, из значений его теплового ромагнитный (ГАФМ) порядок, обычно наблюдаемый в расширения в магнитном поле.

интервале температур 85-179 K [3], не образуется [1,2].

На отсутствие ГАФМ порядка в СМК Dy указывают и результаты исследования зависимости гигантской магни2. Экспериментальные результаты тострикции от состояния структуры [4]. Полученная в той же работе сложная петля гистерезиса магнитострикКривые (T ) для СМК состояния, записанные при разции, соответствующая промежуточному структурному личных значениях напряженности магнитного поля (H), состоянию, была интерпретирована как возможность одприведены на рис. 1. Характер всех кривых практически новременного сосуществования ферромагнитного (ФМ) одинаков. Разница заключается в том, что с увеличением и ГАФМ порядков в некотором интервале температур.

напряженности магнитного поля происходит рост как Кроме того, обнаружено значительное изменение темпевеличины, так и температуры, при которой магниторатуры магнитных фазовых превращений в РЗ ферромагстрикция обращается в нуль.

нетиках с СМК структурой [5,6].

Отжиг образца при 573 K приводит к радикальным Для выяснения физического механизма формирования изменениям хода кривых (T ) (рис. 2). Во-первых, магнитных свойств Dy представляет интерес изучение наблюдается заметный рост величины. Во-вторых, температурной зависимости его магнитострикции в разснижаясь при некоторой температуре почти до нуля, личных структурных состояниях. В данной работе при- снова начинает увеличиваться, проходит через пологий водятся результаты этих исследований.

максимум и окончательно становится равной нулю уже при температуре, близкой к 180 K. Как и в предыдущем случае повышение напряженности магнитного поля вы1. Методика эксперимента зывает значительное увеличение и температуры, при которой она уменьшается до нуля в первый раз. Однако Исследования проводились на образцах, изготовлен- при всех значениях H после прохождения максимума ных из Dy, чистотой 99.9%. СМК структура была по- достигает нуля практически при одной температуре.

лучена методом интенсивной пластической деформации На кривых 1 и 2 при 85 K наблюдается слабый изгиб.

пластин Dy на наковальнях Бриджмена под давлением Зависимости (T ) после высокотемпературного 0.5 GPa при комнатной температуре. Промежуточное и (873 K) отжига образца (рис. 3) отличаются от крупнозернистое состояния получались отжигом в ваку- подобных кривых, рассмотренных выше. Отличия в уме 1.3 · 10-3 Pa при 573 и 873 K соответственно. основном сводятся к следующему. Изгиб на кривых 1 и 1666 Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, Г.Ф. Корзникова при 85 K становится явно выраженным. Температуры, при которых равна нулю, сдвигаются к меньшим значениям. Здесь в отличие от предыдущего состояния структуры дополнительный максимум не наблюдается.

Наконец, следует остановиться на кривых 4 на всех трех рисунках. Эти кривые во всех структурных состояниях снимались после кратковременного наложения магнитного поля напряженностью H = 800 kA / m, т. е.

в состоянии остаточной намагниченности. Как видно из рисунков, после воздействия магнитного поля в образце во всех структурных состояниях возникает остаточное удлинение. Если в СМК состоянии оно небольшое, то Рис. 3. Температурные зависимости магнитострикции Dy после отжига при 873 K, снятые в тех же полях, что и на рис. 1.

после отжига становится значительным. На кривой 4, соответствующей отжигу образца при 573 K (рис. 2), образуется острый максимум при 85 K. Причем пологий максимум, наблюдаемый на кривых 1–3 в области температур 110-180 K, на ней не появляется.

Таким образом, для различных структурных состояний одного и того же образца кривые (T ) имеют совершенно разный вид. Какова природа этой разницы Очевидно, она связана с особенностями структуры полученных состояний. Электронно-микроскопический анализ покаРис. 1. Температурные зависимости магнитострикции Dy зал, что в СМК состоянии структура состоит из мив СМК состоянии, снятые в различных полях. H, kA/ m:

крокристаллитов размером не более 200 nm, плотность 1 — 620, 2 — 320, 3 — 130, 4 —0 (в состоянии остаточной намагниченности). дислокаций составляет 1012 cm-2. Рентгеноструктурный анализ не выявил отличий фазового состава в СМК и КЗ состояниях. Более подробно результаты структурного анализа приведены в работе [1].

3. Обсуждение результатов Прежде всего необходимо отметить, что измерения магнитострикции проводились в полях напряженностью ниже критического значения, поскольку в полях выше критических происходит разрушение ГАФМ порядка (для Dy Hcr = 880 kA / m [3]). Это позволяет выявить особенности влияния ГАФМ порядка на магнитострикцию Dy в различных структурных состояниях.

Рассмотрим обычное КЗ состояние. Изломы на кривых 1 и 2, очевидно, связаны с ФМ–ГАФМ переходом.

Отличная от нуля магнитострикция выше 85 K возникает благодаря перестройке ГАФМ порядка под действием внешнего магнитного поля. Об этом же свидетельствует и то, что температура, при которой уменьшается до Рис. 2. Температурные зависимости магнитострикции Dy после отжига при 573 K, снятые в тех же полях, что и на рис. 1. нуля, с увеличением H возрастает. Следовательно, чем Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Температурная зависимость гигантской магнитострикции субмикрокристаллического диспрозия больше H, тем до больших температур оно удерживает порядка. Без внешнего поля разрушение ГАФМ не промагнитные моменты атомов параллельно полю. исходит. В СМК состоянии исчезает при температуре Переходя от обычного КЗ состояния к СМК струк- выше 85 K. В этом случае исчезновение обусловлено не возникновением ГАФМ порядка, а действием темпетуре в первую очередь следует отметить значительное ратуры на остаточную намагниченность. Образование же уменьшение. Меньшие значения, вероятно, свидеострого пика на кривой 4 в промежуточном структурном тельствуют о том, что в СМК структуре в некоторой состоянии пока не совсем понятно.

части объема из-за высокой плотности дефектов ФМ порядок вообще не образуется. Дело в том, что высоВ заключение выражаем благодарность С.А. Никитину кая плотность дефектов должна привести к изменению за предоставленный чистый диспрозий.

равновесного межатомного расстояния. Флуктуация же межатомного расстояния может вызвать изменение не Список литературы только величины, но и знака обменного взаимодействия.

В результате в среде формируется так называемое ”спин[1] Х.Я. Мулюков. Г.Ф. Корзникова, С.А. Никитин. ФТТ 37, 8, стекольное состояние”, которое характеризуется хаоти2481 (1995).

ческим (неколлинеарным) распределением магнитных [2] Kh.Ya. Mulyukov, G.F. Korznikova, S.A. Nikitin. J. Appl. Phys.

моментов атомов [8].

79, 8584 (1996).

Выше было отмечено, что на кривых (T ), соот- [3] С.А. Никитин. Магнитные свойства редкоземельных металветствующих СМК состоянию, при 85 K изломы от- лов и их сплавов. Изд-во МГУ, М. (1989). 248 с.

[4] Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, С.А. Никитин. ФММ 81, 2, сутствуют и кривые плавно снижаются до нуля при 70 (1996).

гораздо больших температурах. Отсутствие излома сви[5] Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, Г.Ф. Корзникова, С.А. Никидетельствует, что в СМК структуре ГАФМ порядок не тин. ФТТ 38, 12, 3602 (1996).

возникает в исследованном диапазоне температур вплоть [6] Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, Г.Ф. Корзникова. ФММ 83, 1, до перехода в парамагнитное состояние. Вероятно, это 89 (1997).

связано с невозможностью формирования такой слож[7] И.З. Шарипов, Х.Я. Мулюков. ПТЭ 5, 143 (1996).

ной системы как ГАФМ порядок в кристаллитах столь [8] И.Я. Коренблит, Е.Ф. Шендер. Изв. вузов. Физика 10, малых размеров. Аналогичный вывод был получен в (1984).

работах [1,2,9]. Выше при описании результатов иссле- [9] Х.Я. Мулюков, И.З. Шарипов, С.А. Никитин. ФТТ 38, 5, 1629 (1996).

дования было отмечено, что значения температур, при которых уменьшается до нуля, в КЗ и СМК состояниях структуры не совпадают, хотя измерения проводились при одинаковых значениях H. Так, в СМК состоянии при H = 620 kA / m уменьшается до нуля при 140 K.

Однако эта температура не является точкой Кюри данной магнитной фазы, поскольку она зависит от величины H.

В этом случае преимущественная ориентация магнитных моментов атомов, по-видимому, поддерживается внешним магнитным полем.

Высокотемпературный максимум на кривых (T ), наблюдаемый после отжига при 573 K, по всей видимости, обусловлен неоднородностью структуры. В процессе отжига начинается рекристаллизация, приводящая не только к увеличению размеров кристаллитов, но и к совершенствованию их структуры. В кристаллитах соответствующих размеров с совершенной структурой возникают условия для формирования ГАФМ порядка.

При этом естественно остается и нерекристаллизованная часть объема образца, в которой еще сохраняется имеющийся до этого ФМ порядок. Максимум магнитострикции, наблюдаемый в интервале температур от 100 до 170 K, по-видимому, обусловлен фазой, появляющейся в указанном интервале температур.

И наконец, подчеркнем, что ход кривых 4 на всех рисунках подтверждает приведенное выше объяснение полученных результатов. Действительно, в крупнозернистомсостояниикриваяобращаетсявнульпри85K, т. е.

обусловлена только остаточной намагниченностью ФМ Физика твердого тела, 1999, том 41, вып.




© 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.