Влияние структурных и магнитных превращений в некоторых сплавах на основе переходных металлов группы железа на их оптические свойства Мищенко, Игорь Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы. Сплавы элементов Зй-переходной группы железа с поливалентными металлами и металлоидами обладают рядом интересных необычных физических свойств как в упорядоченном так и в разупоря- . доченном состояниях. Порядок здесь понимается как атомный так и магнитный. К таким свойствам можно, например, причислить высокую величину удельного электросопротивления, его малый и даже отрицательный температурный коэффициент, слабый ферромагнетизм и другие, находящиеся в прямой зависимости от электронной энергетической структуры (ЭЭС) сплавов в прифермиевской области' энергий в районе нескольких электронводьт. Поэтому изучение особенностей строения энергетического спектра электронов и его изменения при структурных и магнитных превращениях в сплавах является основой для понимания многих из их физических свойств.

Довольно эффективными экспериментальными средствами с высоким энергетическим разрешением для исследования ЭЭС в районе уровня Septra металлов и сплавов, находящихся в различных структурных и магнитных состояниях, являются оптическая и магнитооптическая спектроскопии. Эти методы чувствительны к локальной кристаллической и магнитной структуре образцов, поскольку основные черты ЭЭС сплавов переходных металлов формируются в пределах нескольких координационнных сфер.

Модификация энергетического спектра электронов металлических сплавов при структурных и магнитных превращениях с использованием оптической методики ранее уже исследовалась. Но при этом интерпретация полученных результатов, как правило, проводилась на основании расчетов дисперсионнных зависимостей энергии электронов от волнового вектора в сплавах и качественного соответствия особенностей оптических характеристик особенностям строения ЭЭС. Принципиально новые возможности оптической и магнитооптической спектроскопии для понимания закономерностей изменения ЭЭС при структурных и магнитных превращениях могут возникнуть, если анализировать экспериментально полученные спектры с привлечением теоретических расчетов спектров соответствующих оптических параметров упорядоченных структур.

Информация об изменениях в ЭЭС при структурных и магнитных превращениях в сплавах необходима как для понимания их физических свойств, так и для создания полуфеноменологических теорий, учитывающих различные виды структурного и спинового упорядочения в сплавах.

Цель работа. В настоящей рвбото было проведено исследование оптических и магнитооптических свойств сплавов CogQAlgQ , Co^Gaj-_^, NloAl п Fe,P, находящиеся в различных структурных и магнитных состояниях с целью изучения изменений, происходящих в энергетическом спектре электронов при:

-переходах порядок-беспорядок и кристаллическое состояние-аморфное в эквиатомных сплавах СоА1 и CoGa;

-изменении концентрации дефектов решетки и переходе ферромагнетик -парамагнетик в сплавах Co^Ga^;

-магнитных превращенияях в слабых зонных ферромагнетиках NlgAl и ?е₂Р

Объекты для исследований выбирались из следующих соображений. Сплавы Со5о^А150 ^{и Co}50^Ga50' ^{с помо}^^ью тонкопленочной технологии мошо получать в различных структурных состояниях. Кроме этого они могут слукить в качестве модельных, поскольку имеют довольно простую кристаллическую структуру, что позволяет достаточно надежно рассчитывать их оптические параметры в упорядоченном состоянии.

При изменении концентрации компонент вблизи эквиатомного состава в сплавах CoyGa,^ образуются дефекты решетки в эквиатомной матрице и при некоторых критических концентрациях образцы ферромагнитно упорядочиваются ниже температуры Кюри, которую, варьируя состав образцов, можно подбирать удобной с экспериментальной точки зрения.

Сплаш N1₃A1 и Fe₂P являются типичными слабыми зонными ферромагнетиками, которые в настоящее время привлекают большой интерес исследователей своими необычными магнитными свойствами. В них в весьма широких температурных областях возможно наблюдать различные магнитные состояния (с дальним спиновым порядком - ферромагнитное, с блияним динамическим порядком - область существования пространственных корреляций спиновых флуктуации и область с разупорядоченными магнитными моментами).

Научная новизна. Эквиатомные сплавы СоА1 и CoGa впервые были по-лучены в разупорядоченном кристаллическом состоянии, а сплав Co_5QGa₅ также в аморфном состоянии. Для них были измерены спектры оптической проводимости (ОП) и произведено разложение полученных спектров на составляющие их полосы межзонного поглощения, а также произведен анализ этих спектров на основе теоретических расчетов оптических характеристик для соответствующих упорядоченных структур.

Установлено, что причиной уменьшения ОП в инфракрасной области спектра и увеличения удельного электросопротивления при разупорядо-

чении в экеиптомных сплавах СоАІ и CoGa является падение плазменной частоты, а не увеличение частота релаксации электронов проводимости.

Впервые исследованы оптические и магнитооптические спектри слабых зонных ферромагнетиков NlgAl и Fe₂P в широком интервале температур. Показано, что в парамагнитной области в них наблюдается экваториальный эффект Керра (ЭЭК), наличие которого обусловлено существованием пространственных корреляций спиновых флуктуации.

Научная и практическая ценность. Результаты, полученные в данной работе, позволяют более полно развить представления об особенностях изменения ЭЭС в эквиатомных сплавах СоАІ и CoGa при переходе из кристаллического в разупорядоченное и аморфное состояния.

На примере соединений Со₅₀0а₅₀ и Со,-_СА1₅₀ показано, что металлические сплавы в которых электропроводность близка к минимальной металлической и уровень Ферми находится в минимуме плотности электронных состояний имеют слабую зависимость механизмов рассеяния электронов проводимости от внешних факторов, таких, например, как температура и степень атомного упорядочения, если плотность электронных состояний меняется незначительно при изменении .указанных параметров.

ВперЕые в слабоферромагнитных сплавах NlgAl и Fe₂P показана возможность наблюдения экваториального эффекта Керра в парамапштноя области температур, что позволило открыть новую область применения магнитооптической спектроскопии как метода для изучения температурной зависимости поведения флуктуации спиновой плотности в таких сплавах.

Положения, выносимые на защиту.

1. Основной физической причиной изменения электросопротивления и оптических свойств в инфракрасной области спектра в эквиатомных сплавах СоАІ и CoGa при атомном рэзупорядочении является не увеличение частоты релаксации, а уменьшение частоты плазменных колебаний электронов проводимости за счет усиления тенденции к локализации носителей на уровне Ферми.

2. Переход ферромагнитных сплавов Co-Ga через температуру Кюри приводит к изменению температурной зависимости положения низкоэнергетической полосы поглощения, что обусловлено аномалией теплового расширения, связанной с магнитным превращением.

3. В слабых зошшх ферромагнетиках NlgAl и Fe,P наблюдается экваториальный эффект Керра в парамагнитной области температур. Такая возможность объясняется существованием пространственных корреляций спиновых флуктуации, которые исчезают при температурах, зна-

чителыю превышающих Т_.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуж-

дались на:

-Республиканской конференции "Спектроскопия молекул и кристаллов" (Одесса, 1985);

-XVII Всесоюзной конференции"Фіізика магнитных явлений"(Донецк, 1985);

-VIII Республиканской школе-семинаре "Применение спектроскопии и маталлооптики в народном хозяйстве"(Луцк,1986);

-VI Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение"(Москва,1986);

-XV Всесоюзной конференции "Физика магнитных явлений"(Калинин, 1988);

-Вузовской конференции по магнитооптике (Лесные поляны,1988);

-VII Всесоюзной конференции ."Физика вакуумного ультрафиолета и его взаимодействия с веществом"(Иркутск,1989);

-XII Республиканской школе-семинаре "Применение спектроскопии и мэталлооптики в народном хозяйстве"(Мелитополь, 1990); Объем работы.- Диссертация изложена на 141 странице, содержит

51 рисунок її 4 таблицы, состоит из введения, пяти глав, выводов и

списка литературы, включающего 109 наименований.