Введение к работе
Актуальность проблемы. Новые материалы с уникальными физическими и химическими свойствами постоянно требуются а современной науке и технике. Разработка физических принципов создания таких материалов с заданным комплексом свойств является одной из первоочередных задач физики металлов. Изменяя химический состав сіілівов и используя различные механические, тепловые, радиационные и другие воздействия, можно значительно изменять их атоммо-кристаллическую структуру и физические свойства. Значительный практический интерес представляет экспериментальное и теоретическое изучение процессов упорядочения атомов, которое оказывает влияние на упругие, магнитные, электрические и другие свойства сплавов.
В результате низкотемпературных магнитных исследований сплавов :истемы P-Mn-Sn-Fe, установлено существование в этих сплавах магнитного упорядочения типа спинового стекла. В связи с этим, при исследовании :пиновых стекол, представляется весьма актуальным изучение влияния <ристаллохимических характеристик (атомного распределения, типов химических связей, содержания примесей и дефектов) на магнитные :войства таких сплавов для реализации возможности целенаправленного юздействия на последние.
Цель работы. Целью данной диссертационной работы явилось ізучение взаимосвязи .состава, особенностей структуры, атомного іаспределения и сверхтонких взаимодействий с магнитными свойствами плавов системы P-Mn-Sn-Fe, на примере квазибинарных систем Mn2o.xFex, 'Ini9.3-xSn0.7Fex, Mn19 8.xSno.2Fex и Mn1gSn2..xFex, изоструктурных P-Mn.
Для этого необходимо было осуществить поиск сплавов в системе Мп-n-Fe, обладающих нужными характеристиками, для чего синтезировать днофазные сплавы, нзоструктурные р-модпфикацпи марганца, хватывагащие всю область растворимости компонент о Р-Мп. Изучить гомно-кристаллическую структуру, локальные атомные распределения и >азовые переходы в сплавах системы Mn-Sn-Fe. Выявить взаимосвязь
^ 3
магнитных свойств и особенностей локальной структуры сплавов. Провести расшифровку сверхтонкой структуры мессбауэровских спектров ядер )l3Sn и 57Fe в сплавах системы Mn-Sn-Fe. Получить и проанализировать параметры сверхтонких взаимодействии ядер ll9Sn и 57Fe в сплавах, а также новую информацию об электронной структуре сплавов.
Научная новизна. В данной .работе впервые дана однозначная идентификация парциальных мессбауэровских спектров на ядрах -5'Fe и ll9Sn. В результате удалось доказать, что атомы олова замещают только позиции 12(d), а атомы железа преимущественно занимают позиции 8(c). Анализ изменения параметров сверхтонких взаимодействий с изменением ряда кристаллоструктурных характеристик всех рассмотренных систем показал, что основными факторами, влияющими на сверхтонкие взаимодействия, являются изменение межатомных расстояний и направленность связей .атомов олова. Показано, что электронная структура в сплавах системы p-Mn-Sn-Fe имеет в существенной мере ковалентнын характер, а локальное распределение атомов Sn и Fe по неэквивалентным позициям структуры р-Мп влияет на электронную структуру и магнитное состояние сплавов. Установлено, что атомы олова, находящиеся в позициях 12(d), имеют ковалентные связи только с атомами Мп и Fc, расположенными в позициях 8(c); такие связи образуются с близкой степенью ковалентности с участием рх-, ру- и s-электронов атомов Sn.
Получена новая информация о механизмах формирования сверхтонких электрических взаимодействий, и об электронном состоянии атомов железа и олова. Показано, что наряду с основным вкладом в градиент электрического поля в области расположения ядер 57Fe от зарядов, локализованных в узлах решетки, существует заметный вклад от электронов, участвующих в образовании ковалентных связей атомов железа. Преобладающим вкладом в градиент электрического поля на ядрах ll9Sn является вклад от собственной электронной оболочки атома Sn, который обусловлен электронами р-орбиталей, участвующих в ковалентных связях с атомами переходного металла.
Впервые показано, что наблюдаемая асимметрия компонент мессбауэровского спектра ядер 1l9Sn в сплавах системы p-Mn-Sn-Fe обусловлена эффектом Гольданского-Карягина.
Впервые в твердых растворах железа и олова в сплавах системы ., обнаружено, что при низких температурах сплавы переходят в состояние типа спинового стекла, а температура магнитного перехода возрастает с ростом концентрации атомов железа.
Обнаружено упорядоченное замещение атомов Мп атомами Fe и Sn по лвухпозиционной структуре р-Мп. Параметр дальнего порядка в расположении атомов Fe по позициям 8(c) возрастает с увеличением концентрации железа в сплавах, но относительный порядок в расположении атомов Fe падает. Атомы Sn не влияют на установление порядка в расположении атомов Fe, который связан только с особенностями структуры (3-Мп.
Практическая ценность. Результаты данной диссертации позволяют расширить возможности направленного создания материалов с оптимальными магнитными свойствами. Необычные свойства металлических стекол дают реальные основания для производства на их основе в обозримом будущем систем нелокальной памяти компьютеров новых поколений.
Защищаемые положения. -
1. В сплавах системы p-Mn-Sn-Fe имеет место локальное
упорядочение атомов Fe и Sn по кристаллографически неэквивалентным
позициям структуры: все атомы Sn сосредоточены в позициях 12(d), а
атомы Fe преимущественно занимают позиции 8(c).
2. Сверхтонкая структура мессбауэровских спектров ядер 57Fe состоит
из трех парциальных квадрупольных дублетов, соответствующих атомам Fe
в позициях 12(d) и 8(c) в окружении атомов переходного металла, а также
атомам Fe в позициях 8(c) в окружении атомов переходного металла и
одного атома Sn. Видимая асимметрия интенсивностей компонент
квадрупольного дублета в спектре ядер 119Sn вызвана эффектом Гольданского- Карягина.
3. Определены параметры дальнего порядка в расположении атомов
железа в позициях 8(c) и изучены их концентрационные зависимости для
сплавов всех составов.
4. Основными механизмами формирования сверхтонких
электрических квадрупольных взаимодействий является взаимодействие
ядер 57Fe с зарядами, локализованными в узлах решетки и взаимодействие
ll9Sn с электронами собственной оболочки атома Sn, участвующих в
ковалентных связях.
5. При низких температурах (15-^40К) сплавы систем переходят из
парамагнитного состояния в состояние типа спинового стекла. Температура
магнитного перехода увеличивается с увеличением числа атомов Мп в
позициях 12(d), у которых сняты фрустрации их магнитных моментов.
Апробация работы. Результаты работы были доложены .. на Ломоносовских чтениях МГУ (1995, 1996 и 1997гг., Москва.), на VII Совещании по кристаллохимии неорганических и координационных соединений (1995г., Санкт-Петербург), на IV Межгосударственном семинаре по структурным основам модификации материалов методами нетрадиционных технологий (1997г., Обнинск), на Национальной кристаллохимической конференции (1998г., Черноголовка), на XYI Международной школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (1998г., Москва, МГУ) и отражены в десяти публикациях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в автореферате, 3 статьи приняты в печать.
Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Она изложена на 147 страницах текста, содержит 48 рисунков, 18 таблиц, 95 библиографических названий.
