Магнитные свойства редкоземельных интерметаллических соединений типа R(Fe,Ga)11C и R(Fe,Al)12

• Автор: Горбунов, Денис Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Кристаллическая структура и магнитные свойства интерметаллидов Я-Бе

1.1.1 Бинарные фазы Я-Бе

1.1.2 Кристаллические структуры и магнитные свойства соединений Л-Ее, стабилизированных добавкой третьего элемента

1.2 Многокомпонентные соединения с тетрагональной структурой типа ВаСс1ц

1.2.1 Стабильность кристаллической структуры и заполнение атомных позиций

1.2.2 Роль индивидуальных подрешеток в определении магнитных свойств

1.3 Интерметаллические соединения ЯБезАЬ с конкурирующими обменными и анизотропными взаимодействиями

1.3.1 Структурные особенности соединений ИЕс^АЬг-.! (4 <х < 6)

1.3.2 Обменные взаимодействия и магнитное упорядочение
1.3.3 Магнитная анизотропия и гистерезисные свойства
2 ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Приготовление образцов
2.2 Структурные исследования
2.3 Магнитные измерения
2.4 Измерения теплоемкости
2.5 Измерения акустических свойств
3 ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СТРУКТУРНЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ЛИТЫХ И БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ СПЛАВОВ (Рг,8ш)Еви^алСу (1.5 <* < 5, 0.5 <у < 2)
3.1 Фазовый состав и кристаллическая структура сплавов PrFeii.tGa.tC>
3.2 Магнитные свойства соединения РгБсц_ЛСа*С в микро- и нанокристаллическом состоянии
3.3 Фазовый состав и магнитные свойства быстрозакаленных сплавов SmFen_.tGatCi.25 (2 <Д' <

3.4 Спин-нереориентационный фазовый переход в сплавах (Рг.БпДБекОа.зС с конкурирующей магнитной анизотропией редкоземельных подрешеток
3.5 Выводы по главе
4 ЭВОЛЮЦИЯ МАГНЕТИЗМА В ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ ЬиБе*А1,2.* (4 <х<6)
4.1 Влияние железа иа параметры кристаллической решетки соединений ЕиБе*А1|2-* (4 <х <

4.2 Концентрационная эволюция обменных взаимодействий в соединениях ЬиЕелА1|2-* (4 <х <6)
4.3 Магнитная анизотропия соединений ЬцБе^АЕг.* (4 <х < 6)
4.4 Выводы по главе
5 ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЯБе5А17 (Я - Сб, ТЬ, Оу, Но, Ег)
5.1 Параметры кристаллической решетки соединений ЯБезАЬ
5.2 Обменные взаимодействия и магнитокристаллическая анизотропия соединений Ю^АЬ
5.3 Скачки намагниченности в соединениях Щ^ЛЬ во внешнем магнитном поле
5.4 Магнитный и тепловой гистерезис в соединениях ЯГезАЬ
5.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Во второй половине 20-го века произошел интенсивный прогресс в развитии магнитотвердых материалов. Он связан с синтезом и практическим применением для получения постоянных магнитов соединений, содержащих редкоземельные элементы (Л). Интерметаллические соединения этого типа представляют собой сплавы редкоземельных элементов с Ее и/или Со. Они обладают своими исключительными свойствами благодаря сочетанию характеристик, присущих редкоземельной и 3^-подрешеткам и обеспечивающих высокую магнитную анизотропию в первом случае и высокие намагниченность и температуру магнитного упорядочения во втором.
В таблице Менделеева группа редкоземельных элементов (металлов) включает элементы от 57 до 71 порядкового номера. В этом ряду происходит последовательное заполнение электронами 4/юрбитали от Ьа, имеющего внешнюю конфигурацию б/’бг/б.у2, до Ьи, структура которого А/Л5(?6з2. Элемент У также считается представителем группы редкоземельных металлов из-за его внешней электронной конфигурации 4с/5.у2, сходной с 4/-злементами. Радиус 4/-орбиталн не превышает 0.3 А. Эта орбиталь является достаточно сильно заэкранированной электронами более высоких оболочек. Магнитный момент редкоземельных элементов, носителями которого являются 4/-элсктроны, в значительной степени локализован. Иная ситуация наблюдается в 3с/ переходных металлах. Их магнитный момент обусловлен внешними Зт/-электронами, которые образуют зону проводимости с 4.у-электронами. По этой причине для Зс/-элементов характерен коллективизированный зонный магнетизм, в отличие от локализованного магнетизма 4/шлементов. Разная природа 3с! и 4/ электронных состояний приводит к разным магнитным свойствам этих двух групп соединений. Редкоземельные элементы сочетают в себе высокие магнитные моменты и сильную магнитокрнсталлическую анизотропию, но имеют низкие температуры магнитного упорядочения. Переходные элементы являются гораздо менее анизотропными, но характеризуются высокими температурами магнитного упорядочения. По этой причине логично объединить 3с/- и 4/-элементы в одном соединении, чтобы добиться высоких магнитных свойств.
Первыми магнитотвердыми интерметаллидами, которые получили широкое практическое применение (60-е гт. XX века), были соединения на основе кобальта типа ЯСо5 (Я - редкоземельный элемент). Их аналоги с железом, Г<Ре;, не существуют. Системы ЯСоу имеют гексагональную кристаллическую структуру типа СаСщ. Соединение УСо5, в котором магнитный порядок связан только с подрешеткой кобальта, имеет не только высокую температуру Кюри, но и проявляет достаточно сильную одноосную магнитокристаллическую анизотропию. Сочетание кобальта с магнитными редкоземельными элементами позволило

Кюри Тс соединений RCo9Si2 заключены в интервале от 415 К при R = ТЬ до 483 К при R = Gd. Магнитный момент Со Цс0 в соединениях с R = Nd, Stn, Er, ТЬ при T = 4.2 К примерно равен 0.9 Рн, а с R = Gd он составляет 0.6 рв- Причинами таких низких значений могут являться:
1. высокое содержание нсмапштиого Si, что приводит к переносу электронов в 'id-зону Со от атомов Si;
2. неколлинеарность магнитных моментов Со и редких земель, что вызвано меньшей величиной обменного взаимодействия Co-R по сравнению с локальным полем анизотропии [82];
3. особенности кристаллического электрического поля этих соединений.
Относительно низкие значения магнитных моментов Со могуг быть одной из причин и
низких значений Тс- В первом приближении 7с ~ ■7со-со><(рсо)2, где ./со-со характеризует величину обменного взаимодействия атомов Со между собой и зависит от расстояния между ними. Таким образом, при малом изменении расстояний Со-Со низкое значение рс0 приводит к невысокой 7с. Изучение влияния Si на магнитные свойства соединений NdCon-rSi* позволило установить, что их рс0 уменьшается от 1.24 рв (х = 1.2) до 0.85 р» (х = 1.8) [75]. При этом наблюдается линейное снижение Тс-
Во всем интервале температур магнитоупорядоченного состояния магнитная анизотропия этих соединений определяется суммарным вкладом от 3d- и редкоземельной подрешеток. Подрешетка Со имеет анизотропию типа «легкая плоскость», т.е. рсо лежат в базисной плоскости тетрагональной решетки. При комнатной температуре поле ее анизотропии составляет примерно ро/73 = 1 Тл. Тип и величина поля магнитной анизотропии редкоземельной подрешетки определяются видом соответствующего редкоземельного атома. Подрешетки Sm и Ег проявляют анизотропию типа «легкая ось», т.е. Рег и ps,n выстроены вдоль оси с тетрагональной решетки, а магнитные моменты Nd лежат в базисной плоскости. При комнатной температуре соединения с R = Sm и Ег проявляют анизотропию типа «легкая ось», что означает, что одноосная анизотропия редкоземельной подрешетки превосходит плоскостную анизотропию Зс/-иодрешетки. Соединение NdCo9Si2 при комнатной температуре проявляет анизотропию типа «легкая плоскость». Таким образом, наблюдаемое поведение магнитной анизотропии этой серии соединений согласуется со знаком агу редкоземельных ионов. Поскольку при R - Gd3f оу = 0, подрешетка Gd дает пренебрежимо малый вклад в магнитную анизотропию. В соединении GdCo9Si2 плоскостная подрешетка Со определяет анизотропию вплоть до его Тс- В SmCo9Si2 происходит сшш-переориситационный магнитный фазовый переход. Он отражает изменение типа магнитной анизотропии всего соединения и вызван противоположными вкладами в нее от подрешеток Sm и Со, которые равны по модулю при Т =