Содержание к диссертации
В в є д є н и є 5.
ГЛАБА І. Состояние "спинового стекла" в сплавах с "локаль ным упорядочением".
§1.1. Локализованные спины. Модель Андерсона. Эффект Кондо. Теория "спиновых стекол". Связь состоя ний "Кондо" и "спинового стекла" II.
§ 1*1.1. Локализованные спины II.
§ IЛ *2 • Модель Андерсона 14.
§ І.І.З. Эффект Кондо 17.
§ 1*1.4. Теория "спиновых стекол"... 23.
§ 1.1.5« Связь состояний "Кондо" и "спинового стекла" 30.
§ 1.2« Сплавы на основе меди с примесями марганца, же леза и кобальта 34.
§ 1.3. Медно-никелевые сплавы как "кластерное стекло". 40.
§1.4. Миксомагнетизм сплавов со смешанным обменным взаимодействием • 42.
Выводы 50.
ГЛАВА П. Оборудование и техника эксперимента
§ 2.1. Криостат» Измерение электросопротивления и тер- моэлектродвижущей силы 51.
§ 2.2, Методика измерения эффекта Холла и магнетосопро- тивления в слабых и сильных магнитных полях 60.
§ 2.3. Измерение магнитной восприимчивости частотным методом* Определение намагниченности 61.
§ 2.4. Метод Ж? 64.
§ 2.5. Чистота исходных материалов. Образцы *.. 68.
ГЛАВА Ш« Эффекты "спинового стекла" в сплавах меди с марганцем, железом и кобальтом. § 3,1. Сплавы медь-марганец как типичное "спиновое стекло" 70.
§ 3,2. Смешение состояний "Кондо" и "спинового стек ла" в сплавах медь-келезо ,. 96.
§ 3.3. Реализация состояния "спиновое стекло" в раз бавленных сплавах медь-кобальт 109.
§ 3,4. Ооз-бенности характеристик ЗПР в сплавах меди с марганцем, железом и кобальтом...,.,..., НО.
§ 3*5* Переход в сплавах медь-марганец от спинового стекла к антиферромагнетизму - метод ЭПР... 117.
Выводы 124.
ГЛАВА ІУ» Сплавы меди с никелем, келезом и марганцем как кластерные стекла. § 4#1, Эффекты спинового стекла в сплавах Cwh/i и Си - Ni- СFetCotMn) в парамагнитной области 126.
§ 4*2. Сплавы Cu-A/t и Cu-W<.'-Fe вблизи порога перколяции .»». 134.
§ 4*3. Высокополевые зависимости намагниченности и электросопротивления в магнитных полях индукций до В=Ш 155.
Выводы 159.
ГЛАВА У. Миксомагнетизм сплавов никель-марганец, никель-марганец-железо и никель-марганец-кобальт,
§ 5.1. Состояние "спиновое стекло" в сплавах со смешанным обменным взаимодействием вблизи критической концентрации для ферромагнетизма - аномалии магнитного момента и магнитной восприимчивости»... 161.
§ 5.2» Особенности поведения электросопротивления, термоэлектродвижущей силы, магнето сопротивления в слабых и сильных магнитных полях , 170.
Выводы . 175.
ГЛАВА УТ» Криогенные термометры сопротивления, разработан ные на основе сплавов - "спиновых стекол" 176.
§ 6.1. Широкодиапазонные термометры сопротивления с ли нейной характеристикой 178.
§6.2* Термометр сопротивления с характеристикой, мало чувствительной к воздействию сильных магнитных полей индукцией до В=13Т 178.
§ 6.3. Внедрение в производство и у потребителей разработанных сплавов для чувствительных элементов криогенных термометров сопротивления .*»... Т79ш
Выводы .*I82
Результаты и основные выводы работы 183.
Заключение 185.
Литература 186.
Введение к работе
Фазовые переходы и связанные с ними критические явления в макроскопических системах за последние годы привлекают к себе заметное внимание физиков. Если "локализация" изолированной магнитной примеси в немагнитной матрице приводит к эффекту Кондо, то знакопеременное межпримесное взаимодействие может обеспечить "локальный магнитный порядок" и реализовать состояние "спиновое стекло", Б настоящее время сложилась такая точка зрения [її , [2.1 , что в системах с близкодействующим знакопеременным обменным взаимодействием основное состояние сильно вырождено, так называемое явление--"фрустрация", причем критическая размерность таких систем равна 4, что указывает на отсутствие в них фазового перехода "спиновое стекло"» Для систем с ЙККУ - взаимодействием вопрос остается открытым.
Наметившийся в последнее время единый подход к явлениям "локального магнетизма" в слаболегированных сплавах, микромагнетиках, сплавах со смешанным обменным взаимодействием, рассмотрение сосуществования состояний "Кондо" и "спинового стекла" стимулировали исследования в этой области. Как в теоретической, так и в экспериментальной практике определились характерные и общие черты явлений, "локального упорядочения".
Примечательно, что изучение физических свойств систем типа "спиновое стекло" в СБОЮ очередь активизировало развитие технических применений сплавов с"локальным магнитным упорядочением". Широко известны термопары на основе сплава медь-железо, термометры сопротивления с чувствительными элементами из сплавов золото-марганец, родий-железо, серебро-марганец и т.п Определение "спинового стекла", данное ДяиМидошем ҐЗЗ в 1978 году, относилось к слаболегированным металлическим сплавам типа "немагнитная матрица - магнитная примесь". "Спиновое стекло - эхо металлическая система - "немагнитная матрица - магнитная примесь" со случайным межпримесным взаимодействием без дальнего магнитного порядка, проявляющая аномалии свойств при характеристической температуре "замерзания" - Tr . Бесспорно, такое определение является ограниченным, т.к. не включает в рассмотрение неметаллические "спиновые стекла", например, (Тс,-У\/Х Од Г43 . Не включены в определение миктомагнетики в переходной области от состояния "кластерное стекло" к "неупорядоченному ферромагнетизму", а также сплавы "магнитная матрица - магнитная примесь" со смешанным обменным взаимодействием в области критической для ферромагнетизма, которые согласно А.Ф.Андрееву [51 аналогичны "спиновым стеклам" во внешнем магнитном поле и т.д.
Первоначально в теории "спиновых стекол" локализованные спины рассматривали как классические диполи без учета их квантовых эффектов в Спины взаимодействовали по механизму ВККУ при гауссовом распределении независимых обменных интегралов Объектами взаимодействия являлись либо изолированные спины, либо гигантские суперпарамагнитные кластеры. Такой подход исключал совместное рассмотрение состояний "Кондо" и "спинового стекла". Статистическая теория "шума" [63 позволила разделить эти состояния по параметру У « Лс/ Тк , где Ас - величина менпримесного взаимодействия , І ЦІ _ эффективная температура Кондо системы. Разработанный под-ход позволил включить в рассмотрение в качестве "спиновых стекол" такие сплавы как лантан-церий, молибден-железо, медь-железо и т.п. Построение теоретических диаграмм фазовых переходов в сплавах со смешанным обменным взаимодействием Г7Л подвело прочный фундамент под исследования явлений "локального магнетизма" в этих системах.
Наконец, работы школы Дж.Мидоша вплотную подвели физиков к явлениям типа "спинового стекла" в ыиктомагнетиках.
В нашу задачу входит исследование явлений "локального магнитного упорядочения" и рассмотрение их в едином аспекте состояния "спиновое стекло" в сравнительно узком классе металлических систем. Это в первую очередь, типичные "спиновые стекла" - медь-марганец, сплавы медь-келезо и медь-кобальт с перенормированными параметром У за счет возрастания взаимодействия примесей при большем легировании матрицы. Изучаются сплавы на медно-никелевой основе с примесями железа, марганца и кобальта в области перехода к ферромагнетизму и в районе суперпарамагнетизма, а также системы со смешанным обменным взаимодействием - никель-марганец с примесями келеза и кобальта в интервале концентрации марганца критической для ферромагнетизма.
В литературном обзоре описаны модель Андерсона, теории эффекта Кондо и "спиновых стекол", начиная с классических работ Эд-вардса и Андерсона и кончая "модифицированной теорией шума". Большое внимание уделено разделению и сосуществованию состояний "Кондо" и "спиновопо стекла". Дан краткий обзор экспериментальных результатов по эффектам Кондо и "спинового стекла" в медных, медно-кикелевых и никелевых сплавах со смешанным обменным взаимодействием.
Во второй главе приведены сведения по оборудованию, технике эксперимента, материалам и образцам. Подробно описаны методики измерения электросопротивления и эффекта Холла в слабых ( В 1Т) и сильных магнитных полях индукцией до В = I3T. Изложена методика измерения магнитной восприимчивости в переменных магнитных полях малой величины ( 38 - 1200 Гц, В = 0,1-5 Гс). Описана техника получения спектров ЭПР. Особое внимание уделено вопросу о химической чистоте образцов.
Глава 3 посвящена исследованию экспериментальных проявлений эффектов "спинового стекла" в сплавах меди с марганцем, железом и кобальтом. Б сплавах медь-железо проводится разделение состояний "Кондс" и "спинового стекла". В рамках теории Кондо, модифицированной теории шума" и приближении двухспиновых корреляторов в модели Оула-Нагаока оцениваются основные параметры взаимодействия системы медь - (марганец, железо, кобальт):величины мекпримесного и РККИ • - взаимодействий, эффективные температуры Кондо, интегралы 5 - d -обмена, температуры "замерзания", внутренние молекулярные поля и т,п» Построены концентрационные зависимости температур "замерзания" и максимума электросопротивления. В теории Сула-Нагаока оценены вклады в термоЭДС сплавов медь-марганец кондовского и резонансного термов. Обнаружены аномалии спектров ЭПР и анизотропия ЭПР сигналов. Исследованы аномальный эффект Холла (АЭХ) и магнетосопротив-ление в слабых и сильных магнитных полях. Разделены вклады в АЭХ за счет механизмов Бел-Монода-Вейнера и "спиновой компоненты".
В главе 4 описаны исследованные нами магнитные свойства "до-критических" и "эакритических" медно-никелевых и медных сплавов, легированных никелем, железом, марганцем и кобальтом. Температурные зависимости намагниченности в слабых магнитных полях и магнитной восприимчивости на переменном токе обнаружили максимум при характеристических температурах "замерзания" "спинового стекла". Изучено влияние внешнего магнитного поля, как постоянного, так и переменного, а также режимов охлаждения на поведение магнитной восприимчивости в точке перехода I , Предложена фазовая диаграмма Тс(Сд ) в "эакритических сплавах медь-никель-железо с разделенными точками переходов - ї$ - точкой "замерзания" и 9С - "точкой Кюри"» Исследованы высокополевые зависимости намагниченности и сопротивления В главе 5 изложен полученный нами экспериментальный материал по сплавам со смешанным обменным взаимодействием (AV + Мп + fe, Со) в области критической для ферромагнетизма. На температурных зависимостях магнитного момента, магнитной восприимчивости в слабых магнитных полях на переменном токе найдены максимумы,характерные для "спиновых стекол"» Сплавы проявляют также аномалии в поведении электросопротивления, термоЭДС и магнетосопротивления.
В главе б рассматриваются применения сплавов, разработанных на основе веществ типа "спиновых стекол". Предложены чувствительные элементы иэ медно-никелевых и никелевых сплавов для широкодиапазонных криогенных термометров сопротивленияj работающих в интервале 4.2-300К с чувствительность» не ниже 10™ .К" и высокой линейностью характеристики Создан сплав для термометра сопротивления, малочувствительного к воздействию сильных магнитных полей индукцией до В=13Т. На основе никелевого сплава в лаборатории СШ ФИАН АН СССР создан опытный образец системы стабилизации частоты полупроводникового лазера в спектрометре сверхвысокого разрежения Сплав на медно-никелевой основе применен как чувствительный элемент в термодатчиках-дозиметрах, используемых для контроля температуры в обмотках сверхпроводящих ускорителей. Освоено промышленное производство сплавов, составы которых защищены авторскими свидетельствами.
Таким образом, в работе наряду с установлением ряда новых физических свойств "спиновых стекол", рассмотренных в едином ас пекте "локального упорядочения" для трех типов систем, созданы новые сплавы для криогенных термометров сопротивления, находящие широкое применение как в научных исследованиях, так и в промышленной криогенике.
