Магнитообъемные эффекты и магнитная анизотропия в зонных и локализованных подсистемах f-d- интерметаллидов

• Автор: Мушников, Николай Варфоломеевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 310 с. : ил.

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРУ СОЕДИНЕНИЙ ЛГе2

1.1. Позиции водорода и гидридные фазы в системе КРе2~ Н

1.2. Магнетизм подрешетки железа в соединениях ЛРе2Нх

1.3. Магнитные моменты и обменные взаимодействия в гидридах ЛРегНс с -магнитными ионами Л

1.4. Магнитокристаллическая анизотропия и магнитострикция в системе ЛГе2 - Н

1.5. Магнитная анизотропия в модели точечных зарядов

1.6. Магнитные неоднородности в квазибинарных системах

1.7. Инверсия намагниченности в гидридах ТЬГе2Нх

1.8. Высококоэрцитивное состояние и скачкообразное перемапшчивание в обработанных водородом интерметаллидах ЛРе2

1.9. Индуцированная водородом аморфизация

1.1 ((.Заключение по главе

Глава 2. СПЛАВЫ, СОДЕРЖАЩИЕ СПОНТАННО ПОГЛОЩЕННЫЙ ВОДОРОД
2.1. Наведенная магнитная анизотропия в соединениях 8т(Ее,Со)2
2.2. Наблюдение процессов намагничивания Нго рода
2.3. Наведенная анизотропия и спин-переориентационный фазовый переход
2.4. Индуцированная водородом магнитная анизотропия в Бпц.ДЬ^ЕеодСо^б
2.5. Механизмы наведенной анизотропии
2.6. Последействие, обусловленное переупорядочением водорода
2.7. Принудительное гидрирование и наведенная магнитная анизотропия
2.8. Заключение по главе
Глава 3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА СОЕДИНЕНИЙ ЛСо2Нх
3.1. Кристаллическая структура систем ЛСо2 - Н
3.2. Магнитные свойства аморфизовапных ЛСо2Нх
3.3. Гидриды ЛСо2Нх с магнитными Л со структурой типа MgCu2
3.4. Влияние водорода на магнитные свойства зонных метамагнетиков У(Со,А1)2 и 1дхСо2
3.5. Зонный метамагнетизм У(Со1.уА1у)2: эффект гидростатического давления
3.6. Зонный метамагнетизм твердых растворов УьхГЦСоо.иАЬ.овЪ- Феноменологическое описание метамагнитного перехода
3.7. Заключение по главе

Глава 4. ЗОННЫЙ МЕТАМАГНЕТИЗМ УРАНА В СОЕДИНЕНИЯХ ТИПА иСоА1
4.1. Зонный 5/метамагнетизм иСоАГ Физические свойства 11СоА1
4.2. Магнитные свойства иСоА1 под давлением
4.3. Теория анизотропного метамагнитного перехода и ее сравнение
с экспериментом для иСоА1
4.4. Стабилизация ферромагнетизма при изоэлектронном легировании ГГСоА1
4.5. Метамагнетик иСоо,98рео,о2А1 с ферромагнитным основным состоянием
4.6. Магнетизм системы иСоь^Ы^А!
4.7. Магнитные свойства систем иСоьЛдА! (Т = Шг, 1г, Рс1, Си)
4.8. Влияние замещений в подрешетке А1 на зонный метамагнетизм иСоА1
4.9. Заключение цо главе
Глава 5. ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД ПЕРВОГО РОДА С ИЗМЕНЕНИЕМ ВАЛЕНТНОСТИ
В СОЕДИНЕНИЯХ ТИПА УЫпСщ
5.1. Влияние легирования на фазовый переход с изменением валентности
5.2. Магнитная фазовая диаграмма в плоскости В - Т
5.3. Магнитная анизотропия соединений типа УЫпСщ
5.4. Тепловое расширение и магнитная восприимчивость соединений типа УЫпСщ под внешним давлением
5.5. Магнитострикция УЫпСщ в сильных магнитных полях
5.6. Заключение по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ .*
ПРИЛОЖЕНИЕ: ОБРАЗЦЫ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ
РЕЗУЛЬТАТОВ
П.1. Приготовление сплавов и их гидридов
П.2. Рентгенографические и Мессбауэровские исследования
П.З. Измерения намагниченности
П.4. Измерения магнитострикции и теплового расширения решетки
П.5. Исследования под сильным гидростатическим давлением
П.6. Методы обработки экспериментальных кривых
П.7. Единицы измерения
ЛИТЕРАТУРА
При изучении фундаментальных свойств магнитных материалов возможность использования того или иного теоретического подхода в значительной степени зависит от того, насколько носители магнитного момента (магнитные электроны) в этих материалах пространственно и энергетически локализованы. В редкоземельных металлах и их соединениях 4/электронная оболочка, ответственная за магнитные свойства редкоземельных атомов, имеет размер ~ 0,04 нм, что на порядок меньше, чем типичное расстояние до соседних атомов, и заэкранирована оболочками 55 и 5^-электронов. Поэтому магнитные свойства большинства редкоземельных ионов хорошо могут быть описаны в модели локализованных носителей магнитного момента. Энергетический спектр локализованных электронов, как правило, является дискретным. Электронное состояние редкоземельного иона в металлах и соединениях может быть рассчитано в одноэлектронном приближении Хартри-Фока [1]. Магнетизм 4/электронной оболочки характеризуется квантовыми числами спинового £, орбитального Ь и полного J моментов. Мультиплет основного состояния свободного иона может быть определен с использованием правила Хунда.
Теоретический подход, основанный на модели локализованных магнитных моментов, был впервые предложен Гейзенбергом [2]. Модель обменного взаимодействия Гейзенберга предполагает прямое перекрытие магнитных электронных оболочек, и неприменима к редкоземельным соединениям. Обычно предполагают, что обменное взаимодействие между 4/-электронами осуществляется посредством поляризации магнитных моментов электронов проводимости [3]. Такое взаимодействие, описанное в работах Рудермана и Киттеля [4], Касуйи [5] и Иосиды [6] и носящее название РККИ, является дальнодейст-вующим и осциллирующим. Шубиным и Вонсовским была предложена модель косвенного обменного взаимодействия между локализованными моментами (/-электронов через электроны проводимости (х - (/-модель) [3], применимая к сильно разбавленным сплавам (/-металлов. В случае ферритов и других оксидных соединений, где концентрация электронов проводимости мала, разработана теория косвенного обменного взаимодействия локализованных моментов через возбужденные ионы кислорода [7].
В твердых телах анизотропное 4/электронное облако редкоземельного иона подвержено влиянию электростатического поля, создаваемого окружающими ионами. В результате энергия системы при ориентации магнитных моментов вдоль различных направлений кристалла оказывается различной, что обуславливает магнитную анизотропию и магнитострикцию соединений. Теория кристаллического поля [8] качественно описать наблюдаемые явления магнитной анизотропии и магнитострикции в системе локализоЗначения параметров решетки были взяты из рентгеновских данных для составов с наиболее близкими значениями х. Эффективные заряды ионов брали следующие: qjb~+3e, çfc = +0,2е и qn~—le (е - заряд электрона). Такой выбор зарядов R и Fe позволяет получить хорошее соответствие с экспериментом для целого ряда интерметаллидов [114]. Отрицательный заряд водорода был выбран из тех соображений, что водород в соединениях RFe2 является электронным акцептором [30].
Как видно из таблицы 1.7, при одном и том же содержании водорода х = 4 возможны, по крайней мере, три различных конфигурации. В случае конфигурации 4АВз, как уже говорилось, сохраняется кубическая симметрия. Две конфигурации 8А2В2 (рис. 1.30 (д) и (е)) создают одноосную анизотропию. Как было показано выше исходя из измерений маг-нитострикции (раздел 1.4), в гидриде ТЬРегН^г появляется сильная локальная одноосная анизотропия. Поэтому распределение водорода по междоузлиям А2В2 при х = 4 и выше представляется наиболее вероятным. Это также согласуется с пейтронографическими данными [72,73].
В гидридах ТЬРегНз^ и ЕгРезНзд возникает ромбоэдрическое искажение кристаллической решетки. Как показали расчеты, при этом становятся неэквивалентными размеры междоузлий (радиусы вписанных в них шаров). Из 4-х междоузлий АВ3, приходящихся на формульную единицу, одно становится меньше остальных трех. Из 24-х междоузлий А2В2 наибольший размер приобретают 6, которые находятся в одной гексагональной плоскости, перпендикулярной оси ромбоэдра. Согласно правилу, запрещающему расположение атомов водорода на расстоянии менее 0,21 нм друг от друга (см. раздел 1.1), из этих шести мест водороду одновременно может быть доступно только 3, что соответствует концентрации х=1,5. Поэтому, по нашему мнению, при ромбоэдрическом искажении решетки (упорядочении водорода) с большей степенью вероятности заполняются междоузлия АВз (конфигурация рис. 1.30(6)). Как видно из таблицы 1.7, при этом возникают ненулевые решеточные суммы Л20 подрешеток ТЬ и Fe, что указывает на возникновение одноосной анизотропии из-за деформации решетки даже без учета влияния водорода. Вариант 4 в этой таблице (рис. 1.30(г)) вряд ли реализуется, ибо такое расположение атомов водорода отвечает положительному ромбоэдрическому искажению (растяжению), которое в данных соединениях экспериментально не наблюдали.
Возвращаясь к варианту 7 таблицы 1.7 можно видеть, что ему соответствуют две конфигурации (рис. 1.30(д),(е)), отличающиеся координатами атомов водорода и, соответственно, пространственной группой симметрии. Несмотря на это, решеточные суммы водорода и константы анизотропии полностью совпадают для этих двух вариантов. Это ука-