Введение к работе
Актуальность темы. Благодаря вовлечению в сферу исследования новых соединений и сплавов, а также новых искусственно созданных объектов в последние годы отмечается тенденция к росту числа работ по изучению магнитных фазовых переходов (МФП). При этом все больше внимания уделяется изменениям в области МФП "немагнитных" свойств: упругих, оптических, тепловых, кинетических и т. п. С одной стороны это продиктовано стремлением получить более целослгую картину переходов и выявить взаимосвязь различных подсистем, а с другой -возможностями практического использования эффектов, сопровождающих МФП. Более изученными как экспериментально, так н теоретически являются так называемые спонтанные магнитные фазовые переходы второго рода типа порядок -беспорядок. Вместе с тем, существует достаточно большое число магнетиков, в которых спонтанные и индуцируемые полем магнитные превращения осуществляются путем фазовых переходов первого рода [1,2]. Первые объясьения природы таких переходов в соединениях на основе d-металлов строились на модели локализованных магнитных моментов с учетом зависимости интеграла обменного взаимодействия от межатомных расстояний. Развитие зонной модели магнетизма с .учетом спиновых флуктуации [3] дало возможность описать переходы 1-го рода антиферромагнетизм-ферромагнетизм и даже сосуществование антиферромагнетизма и ферромагнетизма, а также такое необычное явление, как индуцированный полем фазовый переход 1-го рода из парамагнитного в ферромагнитное состояние в системе коллективизированных d-электронов или так называемый "зонный метамагнетизм" [4]. Изменение магнитного состояния зонного магнетика, например, возникновение ферромагнитного (Ф) или антиферромагнитного (АФ) порядка, сопровождается перестройкой электронного спектра. В частности, при АФ-упорядочешш возможно появление новой зоны Бриллюэна (суперзоны) и энергетической щели на ее границе [5]. Корреляция между особенностями строения поверхности Ферми и пдэиодом магнитных структур xapaKTqina также для редкоземельных металлов [6]. На кинетические свойства соединений в области индуцируемых полем МФП, по-видимому, может оказать влияние существование "промежуточного состояння"{7,8].
Значительно возрос интерес к исследованию кинетических свойств магнетиков после обнаружения "гигантского магниторезистивного эффекта" (ГМР) в многослойных пленочных
структурах с антипараллельным расположением намагниченности соседних слоев. Поскольку многие антиферромагнитньк соединеїшя обладают слоистой кристаллической или магнитной структурой, то исследование поведения их электросопротивления в области индуцируемых полем МФП представляет не только самостоятельный интерес, но и может дать новую информацию необходимую для более глубокого понимания природы ГМР эффекта в искусственных многослойных структурах.
Изложенное выше обусловило основные цели н задачи настоящей работы, которыми являлись:
1) разработка методов и получение интерметаллических
соединений и образцов в различном структурном состоянии, в том
числе в виде монокристаллов.
2) комплексное экспериментальное исследование металлических
антиферромагнетиков с различным типом преобладающего
обменного взаимодействия с целью установления закономерностей
поведения электросопротивления и выявления изменений
злектроішой структуры при индуцированных полем магнитных
фазовых переходах;
- исследование влияния магнитогетерогенных промежуточных состояний в области индуцируемых полем переходов на электросопротивление интерметаллидов;
3) выявление роли основных взаимодействий в формировании
магнитных свойств исследуемых соединений, определение
основных магнитных характеристик с целью установления
природы магнитных фазовых nqiexofloe и построения магнитных
фазовых диаграмм;
4) комплексное исследование магнитного состояния и
электросопротивления соединений (R,Y)Co2, R(Co,Al)2, Hf(Fe,Co):
в области нестабильности магнитного момента с целью выявления
основных механизмов, определяющих особенности поведения их
5) поиск новых составов соединений и сплавов, которые могли бы представить интерес для разработки на их основе магнитных материалов с новыми функциональными возможностями.
Научная новизна и защищаемые результаты. В данной работе получены и выносятся на защиту следующие новые результаты: 1. Обнаружение гигантских изменений электросопротивления (|Др/р| до 88%), а также коэффициента электронной теплоемкости (до 180 %) при перестройке магнитной структуры антиферромагнитных соединений на основе f- и d-металлрц под действием поля из-за деформаций поверхности Ферми вследствие
исчезновения или образования щелей в энергетическом спектре электронов на границах суперзон.
2. Выявление дополнительного вклада в электросопротивление
металлических метамагнетиков в области сосуществования фаз с
различной магнитной структурой, связанного с отражением части
электронов проводимости от энергетического барьера на границе
между фазами.
3. Экспериментальные данные об анизотропии
электросопротивления соединений R.3C0, выявление вкладов в
анизотропию, которые могут быть связаны с анизотропией
энергетической щели и с анизотропным рассеянием электронов
проводимости на квадрупольных моментах 4і"-оболочек.
4. Экспериментальные данные об основных магнитных
характеристиках (величины магнитных моментов, температуры
магнитных фазовых превращений, парамагнитные температуры
Кюри, параметры кристаллического поля) и магнитные фазовые
диаграммы соединений и систем: RGa2 (R = Ег, Но), (Er,Ho)Ga2 ,
(Er,U)Ga2, R3C0 (R = Gd, Tb, Dy), (Tb,Y)3Co, (Gd.Y^Co,
(Tb,Gd)3Co, (Fe,Ni)Rh, Fe(Rh,Pd).
-
Экспериментальное выявление зависимости коэрцитивной силы не от величины энергии магнитокристаллнческон анизотропии, как в обычных ферромагнетиках, а от величины межподрешеточного обменного взаимодействия (на примере сверхвысокоанизотропного соединения ТЬзСо).
-
Результаты исследования кинетики процессов намагничивания метамагнетиков, связанные с аномальным поведением соединений ErGa2 и БузСо в импульсном магнитном поле, а также результаты исследования поведения критических полей переходов и магнитного гистерезиса, свидетельствующие об изменении механизма перемагничивания в области низких температур (на примере соединений типа FeRh и быстрозакаленного сплава ТЬзСо).
-
Результаты комплексного исследования соединений (R,Y)Co2 и (R,Y)(Co,Al)2 в области нестабильности магнитного момента кобальта, определение критических концентраций, при которых происходит исчезновение магнитного момента в кобальтовой подсистеме, обнаружение магнитной гетерогенности соединений вблизи критической концентрации н реализация возможности необратимого расщепления d-зоны слабым магнитным полем.
S. Установление опреде:юощен роли вклада от рассеяния на спиновых флуктуациях в поведении электросопротивлнеия соединений (R,Y)Co2, R(Co,Al)2, Hf(Fe,Co)2 , а также установление
природы минимумов на температурных зависимости: электросопротивления соединений (R,Y)C02. 9 Результаты^ исследования магнитных свойств і электросопротивления соединений на основе FeRh, MmSb і La(Fe,Al)i3, указьшающие на электронную природу магнитны? фазовых переходов первого рода и свидетельствующие о сильної зависимости ширины энергетической щели и магниторезистивногс эффекта в соединениях на основе FeRh от концентрации и сорт? замещающих элементов, а также о необходимости привлечены* зонной модели магнетизма для объяснения особенностей и> физических свойств,
. Практическая значимость результатов. Полученные
в работе результаты исследования элекгросопротивленш антиферромагнитно упорядоченных интерметаллидов в области индуцирумых полем МФП могут быть использованы при разработке материалов для магниторезистивных элементов Непосредственный интерес представляют предложенные в работе составы соединений на основе FeRh, обладающих гигантским магниторезистивным эффектом в области комнатных температур.
Результаты исследования гистерезисных свойств
сверхвысокоанизотропных магнетиков типа R3C0,
свидетельствующие о зависимости коэрцитивной силы таких соединений от величины энергии обменных взаимодействий, создают предпосылки для разработки новых магнитожестких материалов, предназначенных для использования в области низких температур.
Также представляют интерес для практического применения такие методические разработки, как способ получения монокристаллов, способ получения магнитных материалов из порошка и вибрационный магнитометр, защищенные питерскими свидетельствами на изобретения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на всесоюзных конференщіях по физике магнитных явлений (Донецк 1977, Харьков 1979, Пермь 1981, Тула 1983, Калинин 1988, Ташкент 1991), на всесоюзных совещаниях по физике низких температур (Донецк 1990, Казань 1992), на всесоюзной школе-семинаре "Новые материалы для микроэлектроники" (Рига 1988), на всесоюзном семинаре по магнетизму редкоземельных сплавов (Грозный 1988), на всесоюзном симпозиуме "Магнетизм редкоземельных соединений" (Москва 1989), республиканском семинаре по физике магнитных явлений (Донецк 1988), на международном совещании по использованию рассеяния нейтронов в физике твердого тела
(Екатеринбург-Заречный 1993), на международной конференции по актинидам (Прага 1990), на международных конференциях по магнетизму (Эдинбург 1991, Варшава 1994), на конференции по физике конденсированных материалов (Прага 1991), на международной конференщш по физике переходных металлов (Дармштадт 1992), на международной конференции по соединениям переходных металлов (Вроцлав 1994), на 6-й европейской конференции по магнитным мaтq>иaлaм и их применению (Вена 1995), на международном семинаре по магнетизму коллективизированных электронов (Ялта 1995), на международной конференции по физике низких температур (Прага 1996), на 41 ежегодной конференции по магнетизму и магнитным материалам (Атланта 1996)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 88 работ, в том числе 7 авторских свидетельств на изобретения. Список основных публикаций (57) приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав с изложением оригинальных результатов, заключения, списка литературы к каждой главе и приложения. Общий объем диссертации - 382 страницы, включая 120 рисунков, 7 таблиц и список цитированной литературы из 414 наименовании.