Исследования магнитных свойств и сверхтонких взаимодействий в нанокристаллических сплавах на основе Ni-P и Ni-B Чжан Цзянгао

Введение к работе

Актуальность темы. В современной физике твердого тела весьма актуальной проблемой является систематическое изучение свойств нанокристаллических сплавов, которые обладают очень широким спектром возможностей их технического применения. Замечательные фундаментальные свойства этих сплавов обусловлены, как правило, соответствием линейных размеров кристаллитов и эффективной протяженностью взаимодействий между ними, а также проявлениями низкоразмерного магнетизма. Большую важность имеют также вопросы, связанные с изучением влияния растворенных легких атомов (Н, В, N, Р и др.) в магнитных матрицах, в результате чего в значительной мере улучшаются магнитные характеристики этих матриц.

Изучение магнитных сплавов и соединений с фазами внедрения и замещения способствует выяснению важных фундаментальных проблем: таких как определение механизмов прямых и косвенных обменных взаимодействий, влияния внедренных и замещающих легких атомов на локальные магнитные моменты ионов переходных и редкоземельных металлов и др. Для этих целей актуально исследование бинарных твердых растворов внедрения и замещения (в частности В и Р), однако возможности таких исследований ограничиваются крайне малыми растворимостями В и Р в сплавах, полученных традиционными методами.

В диссертационной работе был проведен синтез сплавов Fe и Ni с В и Р методами химического осаждения. В равновесном состоянии эти элементы практически не обладают взаимной растворимостью, однако, применение методов химического осаждения для синтеза этих сплавов позволило получить однофазные образцы в состоянии метастабильного твердого раствора в широком диапазоне концентраций. Очень существенное значение имеет тот факт, что в определенных областях концентраций метастабильные твердые растворы в состоянии непосредственно после их осаждения представляют собой ультрадисперсную структуру, с размерами кристаллических зерен, соответствующих нанокристаллическому состоянию. Выбор соответствующих технологических параметров химического осаждения дает возможность существенным образом варьировать фазовое состояние данной системы сплавов. Эти изменения фазового состояния приводят к значительным изменения температур Кюри и вида температурной зависимости намагниченности в критической области температур.

В диссертационной работе проведены:

1. синтезирование методами химического осаждения сплавов Niioo-xPx, (Х=2,40-8,59ат.%Р) и №_Ш._ХВ_Х,( Х=1,61-22,60 ат.%В ), представлявших собой метастабильные твердые растворы.

2. экспериментальное исследование особенностей магнитных фазовых переходов в гомогенных тонких магнитных пленках сплавов Niioo-xPx и

№ню.хВх,

3) измерения петель гистерезиса при комнатной температуре в
статических магнитных полях до 30 кЭ.

4. измерения температурной зависимости намагниченности в диапазоне температур от 5 К до 770 К.

5. измерения спектров ядерного гамма-резонанса на ядрах Fe⁵⁷ в сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B при комнатной температуре.

Цель работы. Основные цели диссертационной работы заключались і следующем:

1. синтезировать методом химического осаждения метастабильные
однофазные твердые растворы на основе сплавов Ni-P и Ni-B.

2. провести исследования структуры и фазового состояния сплавов Ni-F
и Ni-B методами рентгеновской дифракции и определить параметры решеткг
и размеры кристаллитов сплавов.

3. изучить процессы намагничивания и перемагничиванш
нанокристаллических сплавов на основе Ni-P и Ni-B в диапазоне температу{
5ч-800К и в стационарных магнитных полях до ±30кЭ. Определить основньи
магнитные параметры сплавов: спонтанную и остаточную намагниченность
коэрцитивную силу, степень прямоугольности петель гистерезиса і
зависимость их от концентрации Р и В.

4. провести измерения спектров ядерного гама-резонанса на ядрах Fe⁵⁷ і
нанокристаллических сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B и рассчитать магнитньк
сверхтонкие поля на этих ядрах. Определить значения локальных магнитны:
моментов ионов Fe и построить функцию распределения вероятности эти:
моментов в сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B.

5. Изучить особенности магнитных фазовых переходов і
нанокристаллических сплавах на основе Ni-P и Ni-B с помощью измерениі
температурной зависимости намагниченности в слабых магнитных полях
Определить температуры Кюри сплавов и их концентрационные зависимости
* 6. провести термомагнитную обработку сплавов и исследоват
изменения структуры, фазового состояния и магнитных свойств Ni-P и Ni-B
процессе распада метастабильного твердого раствора.

Научная новизна работы.

1. Методами химического осаждения синтезированы тонкие пленк
сплавов Ni-P и Ni-B, Ni-Fe-P и Ni-Fe-B и проведены исследования и
структуры и фазового состояния. Установлено, что в исходном состояни
сплавы представляют собой метастабильные однофазные твердые растворы
размерами кристаллитов 7-15 нм и, следовательно, находятся
нанокристаллическом состоянии.

2. проведены изучения петель гистерезиса в сплавах на основе Ni-P и N В в полях до ±30кЭ при температурах 5 и 300K с помощью СКВЩ магнитометра и компьютеризированного вибрационного магнитометра.

3. Установлено, что для нанокристаллических сплавов форма петел перемагничивания соответствует суперпарамагнитному состоянию-

центральной части они представляют собой почти линейные эезгистерезисные кривые с очень малой остаточной намагниченностью и толем насыщения свыше 2 килоэрстед. При перпендикулярной ориентации намагничивающего поля относительно плоскости образца перемагничивание нанокристаллических сплавов осуществляется посредством процессов эбратимого вращения однодоменных частиц анизотропной формы.

4. По данным измерений спектров ядерного гамма-резонанса на ядрах
Fe³⁷ в сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B рассчитаны сверхтонкие магнитные поля на
этих ядрах и определены локальные магнитные моменты ионов Fe для
эазличных атомных окружений. Восстановлены функции распределения
зероятности локальных магнитных моментов ионов Fe.

5. Обнаружены тепловые аномалии на температурной зависимости
намагниченности нанокристаллических сплавов Ni-P в области магнитных
разовых переходов, которые могут быть обусловлены тем, что для
нанокристаллических структур магнитный фазовый переход при
ипределенных условиях может иметь характер фазового перехода первого
эода.

Научно-практическое значение полученных результатов.

Нанокристаллические сплавы в настоящее время являются основой для многих магнитных материалов с очень широким спектром практических трименений. Очень важной проблемой является разработка и усовершенствования методов получения нанокристаллического состояния и изучение их температурной стабильности, Полученные в диссертации данные эб особенностях процессов намагничивания и перемагничивания нанокристаллических магнетиков имеют большое значение для понимания іакономерностей формирования нужных магнитных свойств наноструктурных материалов.

Большую практическую ценность имеют нанокристаллические сплавы на основе Ni-P и Ni-B в качестве перспективных материалов, обладающих зысокими значениями магнитосопротивления. В этом аспекте значительный научно-практический интерес представляют результаты о значениях юкальных магнитных моментов ионов Fe в сплавах Ni-Fe-P и Ni-Fe-B и о распределении их по неэквивалентным кристаллографическим позициям с различным атомным окружением.

Апробация работы. По материалам диссертации были сделаны доклады іа Всероссийской конференции " Применение ядерно-физических методов в магнетизме и материаловедении" ( Ижевск, 1998) и на XVI Международной лколе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1988).

Публикации, по материалам диссертации опубликована 3 печатных заботы, две статьи приняты в печать.

Структура и объем диссертации.