Магнитные свойства тройных силицидов и германидов редкоземельных и переходных металлов RTX Овченкова, Юлия Амирановна

Введение к работе

Магнитные свойства соединений на основе редкоземельных и 3d-переходных металлов широко исследуются в последшіе годы. Магнетизм зтігх веществ представляет интерес, как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Среди них обнаружены вещества для постоянных магнитов, соединения с гигантской магнитострикцией и большим магннтокалорическнм эффектом.

Тройные силициды и германиды редкоземельных и переходных металлов представляют собой ' новый широкий класс магнитоупорядоченных веществ и в последнее десятилетие данные соединения привлекают к себе внимание многих исследователей. Получены диаграммы фазовых равновесий многих тернарных систем, установлены основные типы кристаллических структур образующихся соединений. Наибольшее количество тройных соединений обнаружено в системах R-T-X, где R - РЗ элемент, Т - 3d-, 4d- переходный металл, X - В, Al, Si, Ge. В этих системах обнаружено порядка 80 стехиометрических составов.

Магнитные свойства многих составов не исследованы. Наибольшее внимание уделялось изучению магнитных свойств тройных соединений типа RT₂X₂. Как соединения RTX, так и RT₂X₂ обладают слоистой кристаллической структурой, слои редкой земли, которой разделены слоями переходного металла и Si (или Ge). Для большинства RT₂X₂ определены основные магнитные характеристики, магнитная структура некоторых составов установлена с помопшо нейтронографии. Менее изучены соединения RTX, которые и явились предметом исследования в настоящей диссертационной работе. В соединении SmMn₂Ge₂ обнаружено несколько индуцированных температурой магнитных фазовых переходов. Представляет значительный гаггерес поиск составов с другой стехиометрией, где наблюдаются фазовые переходы АФМ—»ФМ. Для объяснения сложных магнитных фазовых переходов в соединениях RTX и RT₂X₂ важное значение имеет информация о зависимости знаков обменных интегралов от межатомных расстояний. В последшіе годы появились нейтронографические данные для некоторых составов RTX и RTX₂.

Многослойные магнитные структуры в последнее время находятся в центре интенсивных исследовашій. Однако получение сверхтонких структур (порядка один или несколько атомных слоев) сопряжено со значительными техническими трудностями. С этой точки зрения, представляет существенный научные интерес исследование магнетизма объемных магнетиков со слоистой кристаллической структурой. Примером

таких соединений могут являться составы шла RTX. в которых магнитные атомы взаимосвязаны внутри изолированных слоев, так что данные соединения могут рассматриваться как мультислои с усиленными R-R и Т-Т взаимодействиями.

Целью данной работы явилось исследование магнетизма широкого крута составов со стехиометрией RTX и выявление взаимосвязи магнетизма с электронной структурой. Кроме того, были проведены исследования но обнаружению новых магнитных составов с высокими температурами магнитного упорядочения. Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать магнитные и электрические свойства ряда составов RMnSi. Установить зависимость температур магнитного упорядочения этих составов от обменных взаимодействий в подрешетках редкой земли и переходного металла, а также определшгь зависимость магнитного упорядочения данных составов от величины межатомных расстояний.

2. Исследовать влияние замещений в 3d- подрешетке на магнитные свойства тройных силицидов редкоземельных и переходных металлов RTSi. Проследить корреляцию температур магнитного упорядочения с концентрацией 3d- электронов для данных составов.

3. Исследовать магнитные свойства ряда новых составов RTX с низкой концентрацией 3d- электронов на атом переходного металла, у которых благодаря высокой плотности состояний зонных 3d- электронов, можно ожидать вьісокігх температур магнитного упорядочения.

Актуальность поставленных задач обусловлена недостатком данных о магнитных свойствах данного класса интерметаллидов. Не были исследованы магнитные свойства для всего ряда РЗ элементов и для некоторых 3d-, 4d- элементов. Не была изучена зависимость магнитного упорядочения от электронной структуры и межатомных расстояний. Практически не исследована их магнитная аншотропия, а также отсутствуют данные по магнитным свойствам соединении с замещениями в 3d- подрешетке. Выяснение особенностей магнетизма и электронной структуры этих веществ должно способствовать созданию на их основе новых магнитных материалов.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Впервые проведены исследования магнитных и электрических свойств ряда новых составов RTiGe, RScSi. RScGe (R = Gd. Tb. Dy, Ho, Er, Tm, Y). Обнаружены новые соединения с высокими температурами

магнитного упорядочения.

2. Впервые проведены измерения намагниченности монокристаллов ряда составов RMnSi и RTiGe. Сделаны выводы о характере магнитной анизотропии и обменных взаимодействий для данных соединений.

3. Показано наличие существенного магнитного вклада в механизм проводимости для ряда соединений RMnSi и RScSi.

4. Проведены комплексные исследования магнитных и электрических свойств соединения SmMnSi, обнаружено индуцирование температурой и полем отрицательного магнитного момента в некоторой области температур.

5. Установлена зависимость парамагнитной точки Кюри и обменных параметров от концентрации 3d- электронов в соединениях RTSi.

6. В соединении GdTiGe обнаружено полиморфное превращение, в результате которого происходит изменение типа магнитного упорядочения: антиферромагнетик трансформируется в ферромагнетик при изменении типа кристаллической решетки.

Перечисленные выше положения выносятся па защиту.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты полезны для дальнейшего развития представлений о характере обмешшх взаимодействий и магнитного упорядочения РЗ содержащих интерметаллидов и могут быть использованы при разработке новых магнитных материалов, поскольку создают основу для целенаправленного изменения величины и знака обменных взаимодействий путем введения различных элементов в кристаллическую решетку.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

Европейской конференции по магнетизму "Physics of Magnetism 96" , Познань, Польша, 1996;

XII Международной конференции по постоянным магнитам, Суздаль, 1997;

XVI Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Москва, 1998;

VII Европейской конференции по магнитным матераилам и их применениям "ЕММА'98", Сарагоса, Испания, 1998;

Московском международном симпозиуме по магнетизму "MISM'99", Москва, 1999;

Европейской конференции по магнетюму "Physics of Magnetism 99" , Познань, Польша, 1999.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных раооты. список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем шссертаиин. Диссертация состоит їв введення, трех глав, выводов и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 109 страницах, включающих 68 рисунков и 22 таблицы. Список цитируемой литературы состоит из 110 наименований.