Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Магнитный момент и температура Кюри: композиционная зависимость

18.01.2019


Влияние переходных металлов


Полная сводка опубликованных данных о влиянии переходных металлов на величину среднего магнитного момента р и температуру Кюри Tc аморфных сплавов впервые приведена в работе. Здесь представлен график зависимости р и Tc от числа валентных электронов для аморфных тонких пленок, полученных путем напыления из сплавов системы ПМ80В10Р10, а также кривая Слэйтера — Полинга для сплавов переходных металлов без металлоидов. Наблюдающееся различие между кристаллическими и аморфными сплавами, расположенными на правой ветви этой кривой, т. е. в области существования сильного ферромагнетизма, позднее было приписано переносу электронного заряда от металлоидов в d-зону переходного металла. После того, как были получены аморфные сплавы, содержащие один металлоид, появилась возможность исследовать раздельно влияние бора и фосфора на величину магнитного момента аморфного сплава. Эти результаты для сплавов ПМ80В20 и ПМ80Р20, изображенные на рис. 13.1, удается описать, если предположить, что при легировании бором в d-зону переходного металла переносится электронный заряд, равный 1,6 электрон/атом, а при легировании фосфором —2,4 электрон/атом. Влияние переходных металлов, более легких, рассмотрено ниже.

Локальные моменты


Данные о магнитных моментах, связанных с атомами различных магнитных компонентов в сплаве, играют важную роль в понимании характера взаимодействия между атомами ПМ и М, а также природы локальных магнитных моментов в сплавах переходных металлов. Метод рассеяния поляризованных нейтронов, столь плодотворный в применении к кристаллическим магнетикам, не позволяет определять атомные магнитные моменты в случае аморфных сплавов. Однако при некоторых предположениях можно показать, что поведение локальных моментов в аморфных сплавах ПМ—М, по-видимому, подобно тому, которое наблюдается в соответствующих кристаллических сплавах.

В аморфных сплавах, где металлоидом является фосфор, никель ведет себя как парамагнетик, т. е. uNi(0)=0 (нуль в скобках означает отсутствие других переходных металлов в сплаве). Линейный характер зависимости р от х (u = хuFе + (1—x)uNi) в случае сплавов системы (FexNi1-x)80Р20 (см. рис. 13.1) можно объяснить, предположив, что uNi остается неизменным (равным нулю) во всем интервале линейной зависимости u(x). В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что эти сплавы являются сильными ферромагнетиками и, следовательно, момент в них не чувствителен к небольшим изменениям величины обменного взаимодействия. Значение момента uFe, определенное из наклона du/dx, составляет 2,1uБ (рис. 13.2). В случае аморфных сплавов ПМ80В20 момент uNi = uNi(O), определенный путем экстраполяции, равен 0,2uБ, что приводит к значению uFe=2,35uБ. Однако для сплавов системы (FeхNi1-х)80В20 при х—>1 величина р снижается, и при неизменном значении uNi PFe(O) =2,0uБ. Значение х, при котором величина uFe начинает снижаться от 2,35uБ в сплавах богатых никелем, соответствует переходу от сильного к слабому ферромагнетизму, т. е. появлению дырок в подзоне железа с большим заполнением. Данные, изображенные на рис. 13.2, позволяют сравнить результаты такого анализа аморфных сплавов с данными для кристаллических систем, полученными с помощью дифракции поляризованных нейтронов. Наблюдаемое сходство служит подтверждением высказанного предположения о том, что атомные моменты компонентов, проявляющих свойства сильных ферромагнетиков, не зависят от состава сплава.

Наблюдаемое несоответствие значений локального момента, определенных разными группами исследователей, объясняется различием в оценках вклада металлоидов. Предположение о том, что бор в аморфных сплавах ПМ80В20 влияет на момент никеля, приводит к значению uNi = 0,2uБ; если же таким влиянием пренебречь, то uNi = 0,6uБ.

Температура Кюри


Температура Кюри у аморфных сплавов в общем случае ниже, чем у сплавов из переходных металлов при том же соотношении компонентов. Кроме того, величина Tc у аморфных сплавов свободна от влияния фазовых превращений в отличие от Tc для кристаллических сплавов, например, в случае перехода из фазы о.ц.к. в фазу г.ц.к. в кристаллических сплавах Fe—Ni (рис. 13.3).

Зависимость Tc от х для аморфных сплавов Fe75-xNixP15C10 можно описать с помощью выражения, следующего из приближения когерентного потенциала (линия из коротких штрихов на рис. 13.4) при константах обменного взаимодействия JFe-Fe=1; JFe-Ni= 1,2 и JNi-Ni=0. Если металлоидом в сплаве служит бор, то Tc выше, а параметры обмена имеют другие значения: JFe-Fe=1; Jfe-Ni=1,5; JNi-Ni=0,2 (сплошная линия 2 на рис. 13.4). Отсюда вытекает предположение о том, что никель в сплавах ПМ80В20 имеет свойства ферромагнетика в отличие от его свойств в сплавах со значительным содержанием фосфора. Однако изменение Tc в системе (Fe, Ni)80B20 можно описать также, исходя из предположения о том, что JNi-Ni<0. Анализ результатов для ряда других систем аморфных сплавов приведен в работе. Сравнение данных, изображенных на рис. 13.4, позволяет сделать вывод, что добавки бора снижают величину Tc аморфных сплавов значительно слабее, чем добавки фосфора.

Пока не существует общепринятой теории, описывающей изменения Tc на основании первых принципов, хотя можно отметить известный прогресс в этой области. В случае металлических аморфных сплавов мы имеем уникальную возможность для проверки различных теорий вследствие того, что в них отсутствуют структурные фазовые превращения и поэтому температура Кюри плавно изменяется с изменением состава в широкой области концентраций.

Влияние металлоидов


На рис. 13.5,а приведены данные о влиянии металлоидов на магнитные свойства аморфных сплавов на основе железа. Анализ их наводит на мысль о том, что металлоиды могут играть роль как элементов замещения (Р, Si, Ge), заметным образом снижающих плотность сплава, так и элементов внедрения (В, С), слабо влияющих на нее. При одинаковой валентности элементы момента, он замещает бор. Если бериллий рассматривать в качестве металлоида, то его влияние на величину магнитного момента и температуры Кюри в этих сплавах согласуется с тем, что наблюдается в случае аморфных сплавов Fe100-xMx, т. е. замена железа бериллием приводит к снижению nБ и повышению Tc. При замене бериллием бора в сплавах системы Fe80BexB20-x вначале Tс повышается, что можно объяснить усилением обменного взаимодействия между атомами Fe при удалении их один от другого.

Сплав Fe—ПМН—M


Влияние добавок ПМ более легких, чем железо, на магнитный момент насыщения показано на рис. 13.1. Как и в случае кристаллических сплавов резкое падение момента при добавках Mn, Cr или V объясняется антиферромагнитной связью моментов легких ПМ с моментами железа.

Сплав Co—ПМН—M


При легировании аморфных сплавов на основе кобальта легкими ПМ наблюдаются более разнообразные эффекты (см. рис. 13.1). Так, магнитный момент Со80-хМnxВ20 растет до содержания 6% (ат.)Мn, а затем падает. В связи с тем, что принадлежность аморфных сплавов Co—В к сильным ферромагнетикам достаточно хорошо установлена (наличие дырок только в подзоне меньшего заполнения), этот переход при 6% (ат.) марганца может быть приписан началу слабого ферромагнетизма, т. е. уменьшению заселенности подзоны большего заполнения.

Недавно опубликовано детальное описание модели плотности состояний в системах сплавов ПМН—ПМК. В случае аморфных сплавов на основе кобальта (ПМК = Со) с железом 3d-состояния в подзоне большего заполнения остаются ниже EF, и величина момента повышается на один магнетон Бора на атом железа (рис. 13.9,а). Подобная ситуация существует и в сплавах с марганцем, вплоть до хMn = 4% (ат.), но теперь du/dcMn = 2uБ/Мn. Выше 4% (ат). Mn энергия 3d-состояния в подзоне большего заполнения начинает превышать EF (рис. 13.9,6). В результате электроны переходят из состояний со спином вверх в состояния со спином вниз, что приводит сначала к замедлению роста магнитного момента с концентрацией марганца, а затем и к снижению его. В случае ПМН = Сr или V 3d-состояния в подзоне большего заполнения пересекают EF, и магнитный момент снижается даже при самых малых концентрациях ПМН (рис. 13,9, б). Изменения магнитного момента в этих системах объясняются также в рамках модели локального окружения. При этом, однако, делается ряд предположений, наиболее серьезным из которых является то, что моменты компонентов сплава не зависят от состава. Это не выполняется в случае кристаллических сплавов Ni—Mn с подобными свойствами. Кроме того, наблюдаемые изменения магнитострикции согласуются с этой моделью, причем из этих данных следуют новые предположения об особенностях кривой плотности состояний в менее заполненной подзоне.

В модели виртуальных состояний (ВС) Фриделя не делается различия между влиянием добавок из ПМН из одной группы, однако воздействие ниобия на величину магнитного момента отличается от воздействия ванадия. Так, du/dсv = -4uБ/атом V в аморфных сплавах Co80-xVхB20, а du/dcNb=-4,5, -5,5 и -7uВ/атом Nb в Co100-хNbх, Co94-xNbxB6 и Co78-xNbxB22, соответственно. Последние величины ближе к значению, следующему из модели BC и равному — 6, чем первая, что свидетельствует о том, что в случае ниобия большая доля d-состояний лежит выше EF но сравнению с ванадием. Это подтверждается результатами расчета зонной структуры для сплавов Co3V и Co3Nb. Анализ данных для этих аморфных сплавов затруднен вследствие сильного влияния бора па магнитный момент: du/dсB = -3,3uБ/атом В для Со100-хBх (см. рис. 13.5).

Сплав ПМН—ПМК


Магнитный момент сплавов Fe100-хZrх повышается при снижении х до 14% (ат.). Ниже этой величины х момент начинает падать (рис. 13.10). Авторы объясняют такое поведение появлением при х меньше 14% (ат.) двух магнитных состояний у железа: Fe-I, типа ферромагнитного Fе с решеткой о.ц.к. и Fe-II, типа антиферромагнитного Fe с решеткой г.ц.к.

Падение величин Tc, наблюдаемое для систем Fe—M при понижении содержания М, существует и в случае сплавов Fe—Zr, но только при концентрациях меньше 14% (ат.) циркония. Таким образом, в системе Fe—Zr как Тс, так и nБ, растут при понижении xzr до 14% (ат.); ниже этого предела обе величины уменьшаются. Такого согласованного поведения Tc и nБ в системах Fe—M не наблюдается. Напрашивается аналогия между снижением величины момента при низком содержании циркония в системе Fe—Zr и тем, что наблюдалось при низких концентрациях бора в системе Fe—В (рис. 13.7).

В системе Co100-хZrx момент растет при понижении xZr, и экстраполяция к х=0 приводит к значению, равному приблизительно 1,7uБ для чистого Co (рис. 13.11). Значения температуры Кюри для этой системы находятся выше температуры кристаллизации.

В последнее время стали известны весьма интересные результаты для тонких пленок из сплавов ПМК—ПМН. Эффект от добавок ПМН из различных групп Периодической системы элементов в первом приближении описывается теорией Фриделя, т. е. du/dc = -(10+AZ)uБ. Однако в случае различных ПМН из одной группы, для которых по теории Фриделя нет различия, необходимо учитывать более тонкие эффекты такие, как пространственную протяженность d-орбиталей и гибридизацию.

Влияние размеров частиц (степени разупорядочения) на магнитные свойства порошков


В большинстве случаев значения магнитных моментов по данным различных групп исследователей, использовавших для приготовления сплавов разные методы опинингования расплава и расплющивания капли (которые, вероятно, слабо отличаются одни от другого по величине скорости охлаждения), находятся в хорошем согласии для сплавов одного состава. Даже в тонких пленках того же состава, что и быстрозакаленные ленты, значения магнитных моментов различаются не более чем на 5%. Разброс значений температуры Кюри в общем случае менее указанного на рис. 13.8 различия между быстрозакаленными лентами и распыленными пленками аморфного сплава Fe—В(АТс меньше 40 К и АТс/Тс меньше 6%).

Тем больший интерес представляет тот факт, что свойства порош, ков, полученных с помощью электрического разряда и имеющих распределение по размерам частиц, а через них и по скорости охлаждения (и, следовательно, по степени химического разупорядочения), значительно различаются.

Магнитный момент и температура Кюри: композиционная зависимость


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: