Магнитные свойства германидов редкоземельных металлов и марганца R-Mn-Ge

Московский государственный университетим. М.В. Ломоносова_____________________________________________________________Физический факультетНа правах рукописиБОГДАНОВ Анатолий ЕвгеньевичМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ГЕРМАНИДОВРЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ И МАРГАНЦА R-Mn-GeCпециальность 01.04.11 -- физика магнитных явленийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква, 2006Работа выполненана кафедре общей физики и магнитоупорядоченных сред физического факультетаМосковского государственного университета им М. В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор С.

А. Никитин,кандидат физико-математических наук,доцент Т. И. ИвановаОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,доцент В. И. Козлов,кандидат физико-математических наук,старший научный сотрудник В. Ю. ИвановВедущая организация:Тверской государственный университетчасов на заседании диссертационногоЗащита состоится «15» июня 2006 г. всовета К 501.001.02 в Московском государственном университете им. М. В.Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ, физическийфакультет, аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУим.

М. В. Ломоносова.Автореферат разослан «» мая 2006 г.Ученый секретарьдиссертационного совета К 501.001.02,кандидат физико-математических наукИ. А. Никанорова2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Тройные интерметаллические соединения R-T-X (R -- редкоземельныйэлемент, Т -- 3d-переходный металл, X -- p-элемент (Si, Ga, Ge)) являютсяобъектами интенсивного изучения в течение двух последних десятилетий.Соединения данного класса демонстрируют широкое разнообразие магнитныхсвойств и характеризуются сложными магнитными фазовыми диаграммами. В рядесоставов при изменении температуры обнаруживаются несколько магнитныхфазовых переходов.Особенный интерес представляют соединения с марганцем R-Mn-X ввидутого, что в таких соединениях носителями магнитного момента являются какредкоземельные атомы, так и атомы марганца.

Эти две магнитные подсистемы,взаимодействующие между собой, ответственны за интересные и разнообразныемагнитные свойства соединений R-Mn-X. В случае T = Fe, Co, Ni в рядесоединений R-T-X магнитный момент 3d-подсистемы отсутствует. Актуальностьизучения соединений R-Mn-X обусловлена в том числе и тем, что многие из нихобладают достаточно высокими температурами магнитного упорядочения (200 600 K), что создает возможность их использования в технических устройствах(термомагнитные датчики и др.), работающих в области климатическихтемператур.Заслуживает внимания тот факт, что кристаллическая структура имагнитные свойства соединений R-Mn-X оказываются весьма восприимчивы кразличным замещениям, особенно в подсистемах 3d-металла и p-элемента.Варьирование концентраций атомов замещения позволяет изменять как величинытемператур магнитных фазовых переходов, так и характер магнитногоупорядочения в соединениях R-Mn-X.Соединения R-Mn-X являются модельными объектами для изученияразличных как прямых, так и косвенных обменных взаимодействий междумагнитными атомами и их зависимости от межатомных расстояний.

Раскрытиефизических механизмов, отвечающих за свойства этих соединений, определениевзаимосвязи кристаллической структуры и магнитного упорядочения, изучениевлияния замещений на кристаллическую структуру и магнитные свойстванеобходимы как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения.Цель работы.Целью диссертационной работы являлось получение основных магнитныххарактеристик новых интерметаллических соединений R-Mn-Ge, изучениетрансформации их магнитных структур в сильных магнитных полях, изучениевлияния замещений в соединениях RMnGe и RMn6Ge6 на их магнитные свойства,изучение взаимосвязи кристаллических и магнитных свойств.Научная новизна.В работе получены следующие новые научные результаты.1. Впервые изучены особенности поведения намагниченности и магнитнойвосприимчивости соединения GdMnGe. Определены температура Нееля данногосоединения и температура фазового перехода антиферромагнетизм – спиральныймагнетизм.32. Впервые обнаружены особенности на кривых намагничивания соединенийRMnGe (R = Gd, Tb, Dy) в сильных магнитных полях и определены значениякритических магнитных полей, соответствующих магнитным фазовым переходам.3.

Впервые проведен анализ кривых намагничивания соединений TbMnGe иDyMnGe на основе теоретической модели Эрпина-Мериела.4. Впервые исследованы магнитные свойства и определены основные магнитныехарактеристики (температуры Кюри и Нееля ТС,N, парамагнитные температурыКюри θP, эффективные магнитные моменты µeff) новых интерметаллическихсоединений RMnGe0.5Ga0.5 (R = Gd, Tb, Dy, Ho), исследовано поведение ихнамагниченности в сильных магнитных полях до 140 kOe.5.

Получена новая информация о процессах намагничивания соединения DyMn6Ge6и новых соединений на его основе DyMn5FeGe6, DyMn5CoGe6, Dy0.8Sm0.2Mn6Ge6,DyMn6Ge5Si в сильных магнитных полях до 140 kOe.6. Изучено влияние замещений в редкоземельной подсистеме, в подсистемахмарганца и германия на магнитные свойства соединений R-Mn-Ge.Положения, выносимые на защиту.1.Результаты исследования особенностей поведения намагниченности имагнитной восприимчивости нового интерметаллического соединения GdMnGe винтервале температур 4.2 – 700 К в магнитных полях до 350 kOe.

Данные о том,что в соединении GdMnGe ниже температуры Т1=100 К происходиттрансформация магнитной структуры в сильном магнитном поле.2.Данные о наличии магнитных фазовых переходов в соединениях TbMnGe иDyMnGe в магнитных полях до 350 kOe и 140 kOe, соответственно.3.Результаты исследования в соединениях GdMn1-xTixGe влияния малыхзамещений атомов Mn атомами Ti, при которых наблюдается изменение типамагнитного упорядочения от антиферромагнитного к ферримагнитному ипонижение температуры магнитного упорядочения.4.Результаты исследования магнитных свойств новых интерметаллическихсоединений RMnGe0.5Ga0.5 (R = Gd, Tb, Dy, Ho).

Экспериментальные данные обосновных магнитных характеристиках данных соединений. Новые соединениясгексагональнойкристаллическойструктуройимеютRMnGe0.5Ga0.5ферримагнитную составляющую суммарного магнитного момента (при R = Gd,Tb), в отличие от антиферромагнитных соединений RMnGe.5.Результаты исследования соединения DyMn6Ge6 в сильных магнитных поляхдо 140 kOe. Результаты исследования магнитных свойств новых соединенийDyMn5FeGe6, DyMn5CoGe6, Dy0.8Sm0.2Mn6Ge6, DyMn6Ge5Si в сильных магнитныхполях до 140 kOe. Данные о температурах магнитных фазовых переходов в этихсоединениях и о влиянии замещений атомов Mn атомами Fe и Co в соединенииDyMn6Ge6.6.Результаты исследований магнитных свойств новых интерметаллическихсоединений Gd1-xLaxMn6Ge6 c малыми замещениями атомов Gd атомами La.Данные о влиянии замещений на температуры магнитного упорядочения, изкоторых следует, что вклад обменного взаимодействия внутри подсистемы Mnявляется преобладающим.4Практическая значимость.Результаты диссертационной работы могут быть положены в основуразработок новых магнитных материалов на основе редкоземельных элементов,марганца, германия, галлия с высокими значениями температур магнитногоупорядочения и магнитного момента насыщения.

Практический интереспредставляет изученная в работе для ряда составов корреляция между характероммагнитного упорядочения и величинами межатомных расстояний, которые зависятот параметров кристаллической структуры и концентрации атомов замещения.Апробация работы.Основные результаты работы докладывались и обсуждались намеждународных и всероссийских конференциях: XVII, XVIII и XIXМеждународныхшколах-семинарах«Новыемагнитныематериалымикроэлектроники», (Москва, 2000, 2002, 2004); Московском международномсимпозиуме по магнетизму (МISM) (Москва, 2002); международной конференции«Physics of magnetism» (Прага, 2002); ХIII международной конференции попостоянным магнитам (Суздаль, 2000); XVI Научном совещании "Высокочистыематериалы с особыми физическими свойствами" (Суздаль, 1999).Публикации.По теме диссертации опубликовано 5 научных статей и тезисы 8 докладовна научных конференциях (всего 13 печатных работ).Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, трех глав и списка литературы из 96наименований.

Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включая60 рисунков.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цельработы, ее научная новизна и практическая значимость, описана структурадиссертации.Первая глава представляет собой литературный обзор по теме диссертации.Проведен краткий анализ имеющихся литературных данных по исследованиюструктурных и магнитных свойств германидов редкоземельных металлов имарганца RMnGe и RMn6Ge6. Эти соединения имеют две магнитные подсистемы –подсистему редкоземельных атомов и подсистему атомов марганца.В п. 1.1 приводятся общие сведения о магнетизме редкоземельныхсоединенийс 3d-переходными металлами и p-элементами, об обменныхвзаимодействиях R-R, R-T, T-T. В п.

1.2 описаны кристаллические структуры имагнитные свойства некоторых тройных соединений R-T-X.В литературе имеются данные исследований соединений RMnGe и RMn6Ge6методом нейтронографии. Соединения RMnX в зависимости от вида R и Х атомовимеют три основных типа кристаллических структур -- тетрагональную типаCeFeSi, орторомбическую типа TiNiSi и гексагональную типа ZrNiAl. Всоединениях RMnX с различными R происходит трансформация кристаллическойструктуры в последовательности CeFeSi→TiNiSi→ZrNiAl при уменьшениирадиуса R. Физический механизм структурного перехода CeFeSi→TiNiSi5обусловлен изменением расстояний Mn-X и R-X вдоль редкоземельного ряда приувеличении номера R и уменьшении его атомного радиуса.