Влияние гидрирования и азотирования на магнитную анизотропию и магнитострикцию соединений редкоземельных элементов с железом R2 Fe17 Овченков, Евгений Анатольевич

Введение к работе

Исследование влияния элементов внедрения на магнитные свойства интерметаллидов на основе редкоземельных (РЗ) элементов и 3d-переходных металлов является актуальным по ряду причин. Во-первых, среди РЗ интерметаллидов с элементами внедрения существуют материалы перспективные для применения в промышленности в качестве магнитожестких материалов. Поэтому большой интерес представляет изучение свойств данных соединений с целью нахождения составов с оптимальными свойствами. Во-вторых, существенное возрастание энергии обменного взаимодействия у некоторых интерметаллидов на основе железа и РЗ металлов при введении элементов внедрения вызывает интерес к изучению влияния элементов внедрения на другие свойства этих соединений, в частности, на анизотропию и магнитострикцию данных соединений, с целью более полного изучения свойств этого класса тройных соединений. Кроме того, изучение поведения магнитной анизотропии и магнитострикции РЗ содержащих интерметаллидов при введении в междоузлия элементов внедрения необходимо для решения фундаментальных проблем физики магнетизма.

Полученные в работе данные о существенном изменении магнитной анизотропии в соединениях R2Fej7 с тяжелыми РЗ элементами при введении атомов водорода и полученные численные оценки изменения параметров кристаллического поля при введении атомов водорода и азота способегиуют развитию теоретических иредсгавлений о природе магнитокристаллической анизотропии в РЗ соединениях.

Целью данной работы явилось изучение влияния внедрения в кристаллическую решетку атомов водорода и азога на магнитную анизотропию и магнитострикцию соединений R2Hej7 с редкоземельными ионами иттриевой подгруппы.

Актуальность поставленных задач обусловлена недостатком данных о влиянии различных элементов внедрения на магнитную анизотропию и магнитострикцию РЗ интерметаллидоа. Выяснение особенностей поведения этих характеристик при внедрении различных элементов может помочь вскрыть механизмы влияния атомов внедрения па данные свойства и способствовать созданию материалов с заранее заданными свойствами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Методом ориентации во вращающемся магнитном поле получены
ориентированные образцы составов R2Fej7 (R=Y, Tb, Dy, Но и Er) и их
нитридов и гидридов. Изучение кривых намагничивания в полях до 1.2 Тл
позволило определить температурные зависимости первой константы
магнитной анизотропии данных составов.

1. Установлена связь между направлением изменения магнитной анизотропии РЗ подсистемы при введении элементов внедрения и знаком фактора Стевенса ctj (формой 4Г-оболочки) РЗ иона.

2. Обнаружено сильное влияние внедрения атомов водорода на магнитокристаллическую анизотропию составов R2Fe|7 . Получены численные оценки изменения параметра А20 при введении атомов водорода и азота в состав Ho2Fej7-

4. Обнаружены переходы типа спиновой переориентации от состояния типа легкая плоскость к состоянию типа легкий конус в гидридах Dy2Fe(7. Сделан вывод о том, что гидриды состава Tb2Fej7 при комнатной температуре имеют магнитную структуру типа легкого конуса.

5. Методом исследования низкотемпературной точки Белова получены численные оценки изменения величины R-Fe взаимодействия при введении атомов водорода в состав Dy2Fej7-

6. Впервые исследовано влияние гидрирования и нитрирования на
магнитострикцию соединений R2Fe(7 (R=Tb, Dy, Но и Ег). Обнаружен

эффект сиены знака анизотропной магнитострикции при введении элементов внедрения в данные составы.

Основные результаты диссертации, выносимые на защиту, можно сформулировать следующим образом:

1. Изготовлено устройство для динамической ориентации порошков с
анизотропией типа легкая плоскость и отработана методика
приготовления ориентированных образцов.

2. Исследовано влияние гидрирования и азотирования на анизотропию Ье
подсистемы соединений R2Hej7. Обнаружено, что в случае водорода
изменения анизотропии Fe подсистемы происходит в результате
заполнения только тетраэдрических позиций.

3. Методом измерения кривых намагничивания ориентированных
образцов исследована МКА в соединениях R2Fel7 (R-Tb, Dy, Но, Ег), их
гидридах и нитридах. Обнаружено, что гидрирование и азотирование
приводит к противоположному изменению МКА каждого состава. При
этом направление изменения величины анизотропии для разных составов
при нитрировании (гидрировании) согласуется со знаком первого
коэффициента Стевенса редкоземельного иона. Это свидетельствует о том,
что данные эффекты могут быть рассмотрены в рамках одноионной
модели анизотропии.

6. Обнаружены переходы типа спиновой пфеориентации для составов Dy2FenH_x (х=3.5, 5) в области температур 200-250 К. Сделан вывод о магнитной структуре гидридов соединения Tb2Fei7.

7. Вычислены значения параметра кристаллического поля А20 Для составов R2Fe|7 (R-Tb, Dy, Но, Er), Ho2Fej7H2, Ho2FenH5 и Ho2Fe|7N2-Определен вклад в А20. приходящийся на один атом водорода и азота. Показано, что атомы водорода, занимающие октаэдрические и тетраэдраческие позиции дают вклады в А20 противоположного знака.

6. Показано, что модель точечных зарядов не может объяснить разные
знаки изменения Л2о при гидрировании и нитрировании. Данные о
влиянии азота и водорода на МКА объяснены на основе модели,
учитывающей вклады р- и d-электронов 4Ґ-иона в кристаллическое поле.

7. Исследовано влияние гидрирования и азотирования на
магнитострикцию соединений R2Fei7 (R-Tb, Dy, Но, Ег). Обнаружено
изменение знака константы анизотропной магнитострикции при
гидрировании и азотировании.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты полезны для дальнейшего развития теорий магнитной анизотропии и магнитострикцин в РЗ содержащих интерметаллидах и могут быть использованы при разработке новых магнитных материалов, поскольку создают основу для целенапраленного изменения величины и знака магнитной анизотропии и магнитострикции путем введения различных элементов внедрения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на "Первой международной конференции ВОМ-95" Донецк 1995; на научном семинаре по магнетизму (рукоаодитель К.П. Белов) и на научном семинаре КОФЕФ физического факультета МГУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Диссертация изложена на 134 страницах, включающих 52 рисунки и II таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 137 наименований.