Особенности магнитных, тепловых и электрических свойств R-T(T=Co, Ni) интерметаллидов с большой концентрацией редкоземельного металла

• Автор: Прошкин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Обзор литературы

1.1 Основные взаимодействия, ответственные за магнитное упорядочение в редкоземельных интерметаллидах

1.1.1 Обменные взаимодействия в 11-Т интерметаллидах

1.1.2 Влияние кристаллического поля

1.2 Влияние магнитного упорядочения на тепловые и электрические свойства редкоземельных интерметаллидов

1.2.1 Теплоемкость и магнитокалорический эффект

1.2.2 Электросопротивление

1.3 Особенности магнитных свойств редкоземельных интерметаллических соединений типаЯ-М

1.4 Зонный метамагнетизм и физические свойства соединений ЯСог

1.5 Постановка задачи
2 Методика эксперимента
2.1 Получение и аттестация образцов
2.2 Методы исследования электросопротивления и теплоемкости
2.3 Методы измерения магнитной восприимчивости и намагниченности
3 Роль 3с1 электронной подсистемы в формировании физических свойств соединений Ос1-1т с большой концентрацией гадолиния
3.1 Дополнительный вклад в магнитную часть энтропии соединений Gd1.xY.vNi2
3.2 Магнитные фазовые переходы, ближний антиферромагнитный порядок и теплоемкость соединений (Об,У)з№
3.3 Влияние М обменного взаимодействия на магнитотепловые свойства соединений Об -№
3.4 Заключение по главе
4 Особенности поведения магнитотепловых свойств и электросопротивления соединений (11Д')Со2 в области нестабильности магнитного момента на атомах Со
4.1 Необратимость магнитного состояния Тт1.хТЬхСо2
4.2 Теплоемкость, магнитокалорический эффект и метамагнетизм коллективизированных электронов в соединениях (Ег,У)Сог
4.3 Магнитокалорический эффект и магнитосопротивление ЯСог
4.5 Заключение по главе
Общие выводы
Благодарности
Список публикаций по теме диссертации
Список использованной литературы

Введение
Интерметаллические соединения типа редкоземельный (Я) металл - 3с1 (Т) металл остаются объектами интенсивных исследований уже около четырех десятилетий. К настоящему времени наиболее полно изучены соединения с малым содержанием Я атомов, так как они имеют высокие температуры магнитного упорядочения, и нашли применение на практике. Высокая анизотропия Я ионов в совокупности с высокой температурой Кюри, обусловленной обменным взаимодействием в подрешетке 36 металла, позволили использовать соединения ЯСо5, Я2Со17, Я2БенВ в качестве основы для производства постоянных магнитов с рекордными характеристиками в области комнатных температур.
Бинарные редкоземельные соединения с кобальтом и никелем ЯпТт, обладающие большой концентрацией редкой земли (п:т > 1:2), были менее изучены. До недавнего времени считалось, что атомы 3(1 металла в таких интерметаллидах не несут магнитного момента и не играют существенной роли в формировании физических свойств при отношении п:т > 1:2 и п:т >1:3 для ЯпСот и Яп№т, соответственно [1-6]. Эти соединения обладают довольно низкими температурами магнитного упорядочения (как правило, ниже комнатной температуры). Уменьшение магнитного момента 36 атомов при увеличении содержания редкоземельного металла в Я-Т соединениях объясняли в модели переноса заряда постепенным заполнением 3<1 зоны электронами с внешних оболочек Я атомов [1-3]. Однако исследования последних лет показали, что в Я-М магнитный момент на атомах никеля существует даже в эквиатомных соединениях ЯМ (п:т=1:1) и носит индуцированный характер [7]. В ряду соединений Я-Со пограничное положение занимают фазы Лавеса ЯСо2, которым было уделено достаточно много внимания [2, 6]. Интерес к этим соединениям сохраняется до сих пор, и он обусловлен проявлениями неустойчивости магнитного состояния подсистемы коллективизированных 3с1 электронов Со. В соединениях ЬиСо2 и УСо2 магнитный момент на атомах кобальта отсутствует, а в случае, если Я

ионы обладают собственным магнитным моментом, магнитный момент Со может в ЯСо2 достигать ~ 1 цв [2, 6]. В таких соединениях большое влияние на физические свойства оказывают спиновые флуктуации [2,8].
В последние годы наблюдается возрастающий интерес к магнитотепловым свойствам и, в частности, к магнитокалорическому эффекту (МКЭ) в Я-Т соединениях. Этот интерес обусловлен потенциальными возможностями применения редкоземельных интерметаллидов в качестве рабочих тел для магнитных рефрижераторов, работающих в различных температурных интервалах, включая комнатные температуры [9]. Максимальный магнитокалорический эффект наблюдается, как правило, в окрестности температур магнитных фазовых превращений. Путем выбора соединений и их состава предоставляется возможность в широких пределах варьировать рабочий интервал температур [9].
Для понимания механизмов, оказывающих влияние на магнитотепловые свойства, необходимы детальные исследования влияния рода магнитного фазового перехода в Я-Т интерметаллидах на величину МКЭ и роли редкоземельной подрешетки и подсистемы 36 переходного металла в формировании физических свойств таких соединений.
В настоящей работе проведены исследования магнитных свойств, теплоемкости и электросопротивления ряда соединений Я-№ с относительно большим содержанием редкоземельного металла (типа ЯМ2, Я№, Яз№), а также квазибинарных соединений типа (Я, Я’)Со2 в области неустойчивости магнитного состояния ЗсЗ электронной подсистемы кобальта.
В данной работе были получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты.
1. Обнаружение завышенного магнитного вклада в энтропию магнитоупорядоченных соединений Ос1|.хУхЯт2 при (х<0.8) по сравнению с рассчитанным в предположении, что магнитный вклад в энтропию вносит только подрешетка гадолиния.

исследования области метамагнитного перехода, в таких случаях, производят замещение одного атома К другим.
Например, замещение магнитного атома Я немагнитным иттрием приводит к уменьшению эффективного поля, действующего на атомы Со. Поэтому исследование магнитных свойств соединений типа Я|_хУхСо2 с различной концентрацией иттрия позволило проследить изменение
намагниченности подсистемы
коллективизированных 36 электронов кобальта в зависимости от эффективного поля, действующего со стороны редкоземельной подрешетки [2]. Результаты этих исследований представлены на рис. 1.9. Как видно, зависимость цСо от эффективного поля в Я|.хУхСо2 также имеет метамагнитный вид, резкий рост цСо в этих соединениях происходит при тех же значениях поля, что и в УСо2. Критическая концентрация хс, при которой в соединениях ЯнхУхСог происходит появление/исчезновение магнитного момента на атомах кобальта, зависит от сорта Я иона [2]. Вблизи критической концентрации, где магнитный момент Со проявляет нестабильность, обнаружено аномальное поведение различных физических свойств соединений К|.хУхСо2, в частности, резкое увеличение остаточного электросопротивления, рост электронного коэффициента теплоемкости. Причем, характер изменения всех этих эффектов, вблизи хс, сильно зависит от приложенного внешнего магнитного поля.
Следует отметить, что для всех ЯСо2 магнитный момент на атомах Я больше магнитного момента атомов Со. В случае действия внешнего магнитного поля магнитные моменты Я выстраиваются по полю, а моменты Со (для тяжелых Я) против поля. В результате, под действием некоторого поля может произойти так называемый обратный метамагнитный переход,

в (Т)
Рис 1.9 Полевая зависимость магнитного момента на атомах Со в соединениях ЯьхУхСог.