Введение к работе
4ё?Уль?95ть_темы1 Общепризнано, что достижения теории маг-зма переходных металлов и сплавов последнего десятилетия во ом связываются с развитием сгшн-поляризованных зонных методов, змках теории функционала локальной спиновой плотности этими енными методами получены, в разумном согласии с экспериментами данными, такие важные характеристики переходных еталлов как магнитный момент, равновесная постоянная решетки, гия когезии. однако, в большинстве традиционнее зонных расче-рассматривалась лишь коллинеарная магнитная структура - ферро-знтиферромагнитная. В то же время, существует ряд экспериментах свидетельств и теоретических соображений, позволяющих полагать наличие неколлинеарной магнитной структурч даже в і простых системах как ГШ Ре, ЩК МП.
Развитие современных экспериментальных технологий, позволяю-
толучать при низких температурах в виде преципитатов альтерна-
ю и метастабилъные фазы переходных металлов, стимулирует ин-
: к вопросу о типе магнитной структуры этих фаз переходных
тлов. Интерес этот обусловлен тем обстоятельством, что рэз-
) полных энергий различных магнитных и кристаллических струк-
:оизмерима, то есть при получении преципитата фактор магнитной
;туры столь же важен, сколь и фактор кристаллической структу-
Ірямов экспериментальное определение магнитной структуры ос-
>го состояния метастабильных фаз переходных металлов затруд-
н в этой связи представляет интерес теоретическое рассмотре-
>того вопроса в рамках реалистических моделей.
Интерес к исследованию магнетизма ГЦК Ре и Мп обусловлен так
эм, что в этих структурах они содержатся в многочисленных
ах, нашедших широкое практическое применение. Среди таган.
палов достаточно назвать инварше сплавы. Со времен открытия
них сплавов они получили широкое распространение в практичес-
риложениях. В частности, в точных приборах, лазерных источни-
сейсмографических устройствах. В последние голы были найдены
области технических приложений сплавов FeNi, PeNiCo в кэчес-
асок для трубок телевидения высокого разрешения в рс>ле и ли-
задеекки. С точки зрегия фундаментальных исследований, посто-
интерес к шторной проблеме можно объяснить тем, что несмот-
разнообразие составов ииварных сплавов, проблема инвара, по-
видимому, является проблемой магнетизма 3d металлов.
В течение довольно' длительного периода, в силу необы электронных и магнитных свойств слабомагнитных материалов, были предметом многочисленных экспериментальных и теоретиче исследований. Типичным представитлем этого класса магнитных м риалов является упорядоченный сплав И13А1. Для описания особен тей магнитного поведения этого слабого итинерантного ферромагн ка важно понимание роли спиновых флуктуации. Однако, ограни ность традиционных зонных методик расчетами лишь коллинеарных нитных структур оставляет за пределами рассмотрения с помощью достаточно эффективных и современных теоретических методов" ц класс магнитных явлений - спиновые флуктуации.
ль_работы. t. Разработка метода, позволяющего проводить самосогласова зонные расчеты для кристаллов с неколлинеарной магнитной стру рой, с учетом вариаций как величины, так и направления магни моментов, т.е. с учетом как поперечных, так и продольных й туаций спиновой плотности. Разработка обобщения ме "линеаризованных mufr in-tin орбиталей" (ЛМТО), позволящего считывать электронную структуру и полную энергию кристалло; спиральной волной спиновой плотности (СВСП).
-
Разработка и реализация комплекса программ, позволяющих щ дать самосогласованные расчеты для кристаллов с произвольным лом атомов в элементарной ячейке и СВСП с произвольным векі из зоны Бриллюэна.
-
Разработка комплекса программ, позволяющих рассчитывать і метры эффективных' обменных взаимодействий в кристаллах на зонной вычислительной процедуры для определения недиагоналыЕ узельным индексам элементов одноэлектронной функции Грина в б; метода ЛМТО (ЯЙО-ФГ).
-
С использованием предложенного метода ЛМТО-СС исследовать рос о магнитной структуре основного состояния ГЦК фазы желе марганца. Исследовать механизмы спин-волноной и магнитообъ неустойчивости в ГЦК железе.
б.Использовать предложенный метод для расчетов энергии сші волн в Зсі-металлах, сравнить с результатами расчетов по парам эффективных обменных взаимодействий , определяемых для лока магнитных возбуждений.
б. Исследовать особенности магнитного поведения сплавов на ос
Зй-металлов, на примере 7-FeNl и Ni^Al, используя результаты зонных расчетов параметров эффективных обменных взаимодействий как для этих сплавов, так и для чистых 3d компонент. На примере неупорядоченного сплава 7-FeNi исследовать влияние конфигурационного беспорядка на магнитообъемную неустойчивость. Исследовать микрос- конические механизмы, " связанные с особенностями электронной структуры, химических и обменных взаимодействий в И13А1, определяющие сильную композиционную зависимость магнитного поведения при малых отклонениях от стехиометрии.
Hayчная_новизн ек
Предложен метод расчета электронной структуры и полной энергии кристаллов с учетом изменений как величины, так и направления магнитных моментов, т.е. с учетом продольных и поперечных флуктуации стшовой плотности. Метод базируется на формализме ЛМТО и позволяет проводить самосогласованные расчеты в рамках приближений теории функционала локальной спиновой плотности (ДСП) для состояний СВСП с произвольным волновым вектором в идеальных кристаллах (в том числе с несколькими атомами в элементарной ячейке).
Впервые, в прямых зонных расчетах состояний СВСП в метаста-Зильных при низких температурах фазах железа и марганца показано, їто минимум полной энергии в ГЦК железе приходится на неколлинеар-гую магнитную структуру, в ПІК марганце минимум полной энергии :оответствует антиферромагнитной структуре. Исследованы механизмы ;гоы-волновой и момент-объем неустойчивости ГЦК железа, устойчи-їость ферромагнитного упорядочения относительно локальных магнит-шх возбуждений.
В рамках единой вычислительной схемы ЛМТО, ЛМТО-Функций Грина [ теории ФЛСП рассчитаны' параметры эффективных обменных взаимодей-ітвий для магнитных Зй-металлов. Предложено качественное описание 'енденции к возникновению сильного',. по сравнению с предсказываемым і модели Гейзенберга, блгакего магнитного порядка выше температуры :юри в ферромагнитных Зй-метадлах. Проанализирована' применимость одели Гейзенберга для описания магнитных возбуждений выше -темпе-атуры Кюри в железе, кобальте, никеле.
В рамках . приближения " когерентного 'потенциала исследовано лияние конфигурационного беспорядка на параметры эффективных об-ега-шх взаимодействий в сплаве 7 ~?еН1.-. На-основе-количественного аализа как параметров эффект-ИЕшх обменных, так и химических вза-'.іод-:-йсть;:й исследованы механизмы перехода от. слабсферромагнитного
к снин-флуктуашонному,- поведению в упорядоченном сплаве Ni3Al і изменении содержали N1, соответствующем малых отклонениях от с хиометрии.
Шу_чная_и_пактическая_ценндсть.
Предложенный в работе метод ЛМТО-СС позволяет преодолеть і раничения, присущие, традиционным зонным методам, позволяет pi смотреть кристаллы с неколлинеарной магнитной структурой и расе тывать характеристики спиновых волн, магнитных взаимодействия возбуждений с учетом деталей электронной структуры для конкрет веществ.
Проведенные прямые зонные расчеты показали, что в основ: состоянии ГЦК железо имеет неколлинеарную магнитную структуру позволили исследовать механизмы спин-волновой и момент-объем не тойчивости в ГЦК железе.
Полученные в работе результаты, касающиеся электронного ст ения, параметров эффективных обменных взаимодействий и магнит возбуждений.в Зй-металлах, могут быть использованы для дальнейш развития представлений о роли непарности обменных взаимодействи формировании термодинамических свойств 3d- металлов.
Результаты исследований магнитообъемного эффекта и парамет эффективных обменных взаимодействий в сплаве с беспорядком заме ния 7-FeNi могут быть использованы для понимания роли конфигург онного беспорядка в формировании инварных свойств и для устаної нал закономерностей изменения параметров эффективных обменных і имодействий при сплавлении Зй-переходных металлов. 0
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Схема метода ЛМТО может быть обобщена на случай кристалла
спиральной волной спиновой плотности, задаваемой распределен!
соответствующим приближению атомных сфер (ПАС). При этом-npoOj
нахождения собственных состояний кристалла, как и в стандарт
методе ЛМТО, может быть сведена к диагонализации эффективного
мильтониана ^1Ша'а- (Й) = V + Г1/2Г Q-S(R)1^ Г1/г, построенной структурных констант для кристалла с СВСП S и потенциальных п< метров Г, V, Q, расчитываемых при решении уравнения Шрединтеї локальной системе координат.
2. Предложенный метод ЛМТО-СС позволяет проводить самосоглаш
ные расчеты строго в рамках приближений теории ФЛСП для произві
ного волнового вектора СВСП q. В рамках самосогласованной рас
; схема могут быть одновременно учтены как вариации величины, : и направления магнитных моментов в узлах кристаллической реки. При построении кристаллического потенциала используется Ифицированный функционал полной энергии, учитывающий условия, ;ащие величину и направление магнитных моментов.
Прямые самосогласованные зонные расчеты показывают, что ГВД
:езо имеет неколлинеарную магнитную структуру. Природе спин-
новой неустойчивости существенно зависит от объема кристалла и
еделяется соотношением эффектов спинового расщепления и гибри-
ации состояний с различной проекцией спина и влиянием особен
ней парамагнитной восприимчивости. Момент-объем неустойчивость
ЩК' железе определяется положением уровня Ферми относительно
х особенностей плотности состояний. *
Предложено качественное описание тенденции к возникновению ьного, по сравнению с предсказываемым в модели Гейзенберга, жнего магнитного порядка выше температуры Кюри в ферромагнитных металлах. По результатам первопринцишшх расчетов предложена матическая кривая зависимости параметров эффективных обменных имодействий от числа валентных электронов для ряда 3d- метал-. Предложенный метод позволяет рассчитывать параметры спиновых н в ферромагнитных 3<1-металлах, в том числе за пределами длин-олновой области.
Учет конфигурационного беспорядка важен при определении реше-ной постоянной, для которой наблюдается переход в немагнитное овнов состояние в сплаве 7-FeNl. При увеличении содержания же-а более 74% ферромагнитное решение в сплаве FeNi становится стойчивым, что указывает на возможность антиферромагнитного или ее сложного типа магнитного упорядочения. Сильная зависимость магнитных свойств сплава Ni3Al от содержа-
никедя при малых отклонениях от стехиометрии определяется на-ием осцилляции в близи Уровня Ферми на кривой зависимости пара-ра эффективных обменных взаимодействий JQ0 от положения уровня ми.
Результаты работы докладывались и обсуждались на III Всесо-
ой конференции "Квантовая химия и спектроскопия твердого тела",
Свердловск, 1989 г.; Международной конференции по методам рас-
а электронной структуры, г. Гаусик, ГДР, 1989 г.; Международ-
-?-
ной конференции "Электронная структура в 1990-х", ФРГ, 1990 г.; Международной конференции "Химия твердого тела", г. Одесса, 1990; Конференции по квантовой химии твердого тела, г. Рига, 1990; ежегодной конференции Американского. Физического общества, г. Цинцина-ти, США, 1991 г.; XIX Всесоюзной конференции но физике магнитных явлений, г. Ташкент, 1991 г.; На международной школе-семинаре "Методы расчета элекронной структуры", г. Свердловск, 1991 г.; ежегодной конференции Американского Физического общества, г. Инди-анаполис, США, 1992 г.; международной конференций по физике переходных металлов, г. Дармштадт, Германия, 1992.; внутреннем семинаре теоретической группы, возглавляемой профессором Андерсен O.K. Институт Макса Планка г. Штутгарт, Германия, 1992 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы, содержит 183 страниц, в том числе 33 рисунка и 10 таблиц. Список литературы содержит 158 наи-менованиий.
