Введение к работе
Актуальность темы. Интерметаллические соединения редких
земель (R) с Зс1-переходными элементами занимают особое место среди
известных в настоящее время магнитных материалов. Это обусловлено
тем, что магнитное поведение таких интерметаллидов определяется
свойствами, присущими как редкоземельным (большая величина
намагниченности насыщения, гигантские величины
магнитокристаллической анизотропии и др.), так и Зс1-магнетикам (высокие температуры магнитного упорядочения, гигантская объемная магнитострикция и т. д.). Сочетание этих свойств в одном соединении позволяет получать новые магнитные материалы, перспективные для применения в различных областях современной техники. Известными примерами являются соединения RFe2, RC05, R2Fei4B, обладающие рекордными магнитными характеристиками.
Магнитные материалы на основе 3d- и 41"-элементов в течение многих лет являются предметом обширных экспериментальных и теоретических исследований, направленных как на изучение различных физических свойств конкретных соединений с целью их применения, гак и на изучение явлений, имеющих фундаментальное значение не только для физики магнитных явлений, но и для физики конденсированного состояния в целом, например, физики фазовых іереходов. С фундаментальной точки зрения R-3d интерметаллиды тредставляют большой интерес потому, что позволяют изучать ззаимодействие двух магнитных подсистем различной природы, образованных локализованными 4Г-электронами редкоземельных іонов и зонными Згі-злектронами, гибридизированными с 5d-ілектронамн редкой земли. При определенных условиях зонная
подсистема таких интерметаллидов проявляет магнитную нестабильность, которая заключается в скачкообразном (путем фазового перехода первого рода) изменении основного состояния при изменении внешних (магнитное поле, температура, давление и пр.) или внутренних (молекулярное поле, межатомные расстояния, плотность состояний на уровне Ферми) параметров.
Ярким примером магнитной нестабильности является зонный метамагнетизм системы d-электронов - фазовый переход первого рода из слабомагнитного в сильномагнитное состояние при наложении внешнего поля. Такие переходы были экспериментально обнаружены в интерметаллических соединениях RC02 и RC03 (R = Y, Lu, Gd-Tm). Другое проявление магнитной нестабильности зонных электронов заключается в переходе парамагнитной d-подсистемы (кобальтовой подрешетки) в ферромагнитное состояние в соединениях типа RC02 при замещении кобальта на алюминий.
Иной вид магнитной нестабильности могут обнаруживать двухподрешеточные ферримагнетики с антиферромагнитным обменом в одной из подрешеток, к которым относятся интерметаллические соединения состава RT2X2, где Т - переходной металл, X - Si или Ge. Эти тройные соединения демонстрируют разнообразные физические свойства, от сверхпроводимости до поведения, характерного для систем тяжелых фермионов.
Экспериментально наблюдаемые в соединениях RT2X2 с Т = Мп разнообразные магнитные структуры и метамагнитные переходы обусловлены, в частности, антиферромагнитным обменом внутри Мп-подрешетки. Несмотря на обширный экспериментальный материал по магнитным свойствам этих соединений и попытки их интерпретации, к
настоящему времени нет теоретической модели, позволяющей адекватно описывать магнитное поведение соединений RMn2X2 .
Исследования магнитных фазовых диаграмм, фазовых переходов
и кривых намагничивания в магнитно-нестабильных
интерметаллических соединениях с редкими землями представляют особый интерес, поскольку позволяют глубже понять особенности магнетизма d-подсистемы в этих соединениях, провести сравнительный анализ результатов, полученных различными методами, определить параметры межподрешеточного и внутриподрешеточного обменных взаимодействий, проследить влияние внешних и внутренних параметров на магнитные фазовые диаграммы и кривые намагничивания.
Цель работы. Основные цели диссертационной работы заключались в следующем:
- разработать численный метод расчета кривых намагничивания
двухподрешеточных магнетиков с магнитно-нестабильной
подсистемой; применить разработанный метод для описания кривых
намагничивания и определения величин межподрешеточного
обменного взаимодействия соединений Yj.tRt(Coi.xAlx)2 (R = Рг, Nd, Gd-Tm);
построить магнитные фазовые диаграммы и кривые намагничивания двухподрешеточного ферримагнетика с двумя магнитно-нестабильными подрешетками и двухподрешеточного ферримагнетика с антиферромагнитным обменом в одной из подрешеток;
- в аналитической форме исследовать влияние восприимчивости
нестабильной подсистемы на магнитные фазовые диаграммы и кривые
намагничивания двухподрешеточного ферримагнетика;
Научная новизна. Получены и выносятся на защиту следующи научные результаты:
-
Разработан метод численного расчета кривых намагничивани магнетиков с магнитной нестабильностью. Продемонстрировано, что двухподрешеточных системах, магнитная нестабильность которы обусловлена нестабильностью одной из подсистем, в случае, когд известны характеристики обеих подсистем как отдельных обьектої можно численными методами моделировать поведение сложно системы, осуществлять прогнозирование конкретных составо соединений, проявляющих заданные свойства, определять параметрі взаимодействий из сопоставления результатов расчета с имеющимс экспериментальным материалом. Создана программа численног расчета кривых намагничивания двухподрешеточных магнетиков магнитной нестабильностью в одной из подрешеток. Сделан прогно составов соединений YR(CoAl)2 с определенной последовательности магнитных состояний и фазовых переходов в заданном интервал полей.
-
Впервые параметры f-d - взаимодействия в соединения:
YR(CoAl)2, R = Pr, Nd, Gd-Tm получены из условия наилучшеп согласия между рассчитанными и экспериментальными кривым] намагничивания этих соединений.
-
Впервые в рамках теории молекулярного поля построень магнитные фазовые диаграммы и кривые намагничивани: двухподрешеточного ферримагнетика с нестабильностью в обей: подрешетках. Выявлена ситуация, когда фазовая диаграмма содержи' максимальное количество фазовых переходов.
-
Впервые в аналитической форме для двухподрешеточноп ферримагнетика с нестабильной подрешеткой исследовано влияни
оспринмчивости нестабильной подрешетки на магнитные фазовые иаграммы и кривые намагниченности.
Модель Яфета-Киттеля для двухподрешеточного ферримагнетика антиферромагнитным обменом в одной из подрешеток развита для писания магнитных фазовых переходов, индуцированных полем для зотропного и изинговского случаев.
Научно-практическое значение полученных результатов. [редставленный в работе метод численного моделирования кривых амагничнвания систем с магнитной нестабильностью позволяет аходить конкретные составы сложных соединений с определенной оследовательностью магнитных фаз и (вместе с полученной в работе нформацией об обменных взаимодействиях) может служить для азработки на научной основе новых магнитных материалов с эданными магнитными свойствами. Исследование в аналитической орме магнитных фазовых диаграмм и кривых намагничивания вухподрешеточных ферримагнетиков с магнитной нестабильностью азличного типа является развитием теоретических представлений о азовых переходах в магнитно-нестабильных системах.
Апробация работы. По теме диссертации сделаны доклады на 40-й еждународной конференции по магнетизму и магнитным материалам Филадельфия, США, 1995) и на 7-й Европейской конференции по агнитным материалам и их применению (Сарагоса, Испания, 1998).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 ечатных работ и одна работа принята в печать.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из ведения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения, 'на изложена на 1э страницах машинописного текста и содержит:
исунков - У4 . таблиц - /_, список литературы из ??&
аименований.