Исследование СПИН-ориентационных процессов в монокристалле гематита при наличии структурных дефектов Мукушева, Майра Кизатовна

Введение к работе

Актуальность теш .В последний годи уделяется большое внимание изучении магнитных переходов типа порядок-беспорядок о твердых толах. Исследование этих переходов имело большое значение для теории магнетизма и фазовых переходов. Менее изученными остаются магнитные переходы типа порядок-порядок, среди которых можно выделить особый класс - магнитные ориентащюнные переходы (в литературе иг часто называют спин-- пврооривнта-цпонннмп). Примером такого перехода является наблюдаемое в ряде ферромагнитных и антпфорромагнитних кристаллов изменение направления легкого намагничивания при изменении температуры. Явление спиновой переориентации привлекает интерес и специалистов-практиков ввиду его многочисленных технических приложили - при конструировании стришцтонных датчиков, запоминающих устройств, в лазерной технике и т.д.

Известно, что одним из уникальных способов изменения совокупности физических свойств твердых тел является радиационное воздействие, которое приводит к трансформации структуры и электронного строения кристалла . В частности, облучение быстрыми нейтронами приводит к возникновению специфического разу-порядочоняя, которое во многих случаях невозможно получить с помоцыэ традиционных технологий. В таком термодинамически неравновесном состоянии физические характеристики кристаллов очень сильно изменяются, что открывает заманчивую перспективу регулировки свойств материалов. Облученные кристаллы ташке являются удобными модальными объектами для експериментального и теоретического изучения магнетизма неупорядоченных систем, механизма атом-атомных столкновений, инициированных первично -выбитым атомом.

Ярким представителем систем, претерпевающих спин- нере-орие'птациошшй переход, являете:» гематит (« і _u и і . Исследование влияния облучения нейтронами и легкими заритшыми час типами на стш переориентациошша процессы в поликристалл» -ческих образцах гематита позволило установить, что радиацией

ное повреждение сильно влияет па ого магнитные свойства. С ростом дозы облучения начало перехода Морина (Ту) сдвш'автся в сторону низких твшюратур, заметно уширяется температурный интервал перехода (^ДТ_М)-

В облученных образцах гематита ранее был обнаружен новый сяші- тюреорвднтационный переход, характерный тем, что при погашении температуры в образцах наблюдается частичное или полное восстановлении слабоферромагшшюй фазы. Температурная область нового иерехода лохшт ниясо температурной области перехода Морина, но с ростом дози облучения температурные области этих переходов сближаются. Этот низкотемпературный возврат . олабоферромагнитяой фазы (НВСФ) наблюдается только в радиа-циопно- поврезденном гематите, тогда как изменения в характере иерехода Морина происходят и при других видах воздействия (механическом, нри легировании и т.п.). Поэтому, чтобы понять природу нового перехода, надо выявить отличительные особенности радиационного от других видов воздействий . Ранее,было предположено, что явление НВСФ обусловлено сунерпарамагнвтним поведенном разупорядоченных микрообластей (РМ),образованных в результате облучения. Однако парамагнитную фазу гематита обнаружить непосредственно не удавалось.

Для выяснения механизма возникновения нового перехода необходимы более детальные исследования, которые, в свою очередь, требуют дальнейшего усовершенствования техники низкотемпературных измерений, привлечения разнообразных экспериментальных методов и расширения круга исследуемых материалов.

Этим и обусловлена актуальность исследования сшш-ориіштациошшх процессов в гематите при наличии структурных дифоктов.

Были поставлены следующие задачи:

исследовать магнитные свойства ноли- и монокристаллических образцов гематита, облученных нейтронами;

исследовать явление НВСФ в монокристаллах .гематита в зависимости от тина и анергии налетающих частиц;

- исследовать влияние легирования на ориентацию магнитных
моментов в монокристалле гематита.

В качестве методики исследования била вибрана мессоауэ-ровская спектроскопия, которая успешно применяется при изучении фазових переходов в твердих телах. Методом мессбауэровской спектроскопии монокристаллов можно установить но только визовое состояние « паличне перехода в кристалле по изменения па раматров сверхтонкого взаимодействии, но и непосредственно определить направление мапштных моментов относительно кристаллографических осей по изменении соотношения интенсивностой линий месебауэровского спектра .

Научная новизна:

получены температурные зависимости соотношения магнитных фаз в поли- и монокристаллических образцах гематита, облученных разними дозами теплових и бистрих нейтронов. Установлено, что изучение изменяемых физических свойств гематита но.зависят от его кристаллического состояния. Как в поликристалли-ческих образцах, так и в монокристаллах имеет место новый переход, который является переходом I рода. Обнаружено, что воз действие реакторного облучения на свойства кристалла в основном обусловлено вкладом быстрых нейтронов.

внервне установлена зависимость характера ІШСФ от типа и анергии налетающих частиц. При облучении заряженными частицами установлено, что чем больше вклад ядерних реакций в радиационное повреждение гематита, тем уже температурный интервал НВСФ. Самый резкий переход наблюдается в монокристале, облученном нейтронами. Такая закономерность косвенно подтверждаем предложенный в работе суиорнарамагнитнии. механизм нового перехода.

-в монокристалле, облученном «-частицами с энергией ',") МэП, при изохронном отжиге на воздухе четко выделены две стадии. Температура второй стадии отжига слаооїіхірромаї'іштной (ОФ) фазы сильно зависит от температуры измерения. Ото означает,

что дефекты, которые; отжигаются на этой стадии, участвуют в "образовать rvT> ф^ті порез посредство дополнительного процесса, зависящего от температуры образца.

исследовано влияние легирования на магнитные свойства монокристаллов гематита и показано; что малое количество примесей (1,085 мол.Ж flir,0g, 0,275 мол.% г„п) приводит преимущественно it понижению температуры перехода Морина Т_м и увеличивает его ширину лТ (0,128 мол.% тіо₀). При достижении некоторых критических значений концентрации примеснй гематит полностью "замораживается" в СФ фаза. Во всех исследованных монокристаллах но отмечен рост процентного содержания СФ фазы при понижении температуры.

создан проточный гелиевый крностат, отличающийся высокой экономичность!) и простотой эксплуатации, который позволяет проводить моссбауэровскив измерения облученных моно-.'и поли-кристаллпческих образцов в температурном интервале 4 * 300 К.

Практическая ценность: Установленные в работе закономерности изменения параметров нового перехода в монокристалле гематита в зависимости от дозы облучения, от типа и энергии на-лзтавдпх частіш, от температуры изохронного отжига могут быть использованы при теоретическом описании этого явления, а также в теории радиационной физики твердого тела, магнетизма неупорядоченных систем и т.д.

Обнаруженный новый спиц-нороориентационный переход и устойчивое изменение соотношения фаз в зависимости от условии облучения расширяют возможности применения гематита в технике. Результаты исследования влияния легирования на ориентацию магнитных моментов га** в гематите могут быть ис.нользоваїш в технологии выращивания монокристаллов с заданными магнитными свойствами.

На защиту выносится:

I. Установленные закономерности изменения параметров как перехода Морина, так и ІШСФ при исследовании поли- и монокрис тадличееких образцов гематита, облученных нейтронами.

1. Экспериментально обнаруженная зависимость характера нового перехода в облученных, монокристаллах гематита от тшіа п энергии налетающих частиц.

2. Результати исследования при изохронном о тяги ге па воздухе монокристаллов гематита, облученных «-частинами с опершая 29 НпВ и протонами -7 МэВ и 30 МзВ.

3. Результата исследования влияния легирования примесями Ai_o0q, So0₀, мп,,0о, і"і0_о, сиО на ориентации магнитных, моментов Fe ' із монокристалла гематита.

Апробация работы. Результати исследовании были представлены на II Всесоюзной конфзреіщии по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Свердловск, І99Ї), II Всесоюзном семинаре но радиационной физике и химии твердих тел (Рнга,1ЭЭ1), на мезцдународяой конференции по при менонит эффекта Нессбауора (Нангаш, Китай,1991), на Международном совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Алма-Ата,1992) и опубликованы в 7 работах.

Структура диссертации. Диссертация состоит аз введения, пяти глав,заключения, списка цитируемой литературы из Т2С) наименований. Работа изложена на Т25 страницах машинописного текста, содержат 10 таблиц и 40 рисунков.