Диссертация (Особенности магнитокалорического эффекта и магнитных свойств сплавов Fe-Rh в области фазового перехода антиферромагнетизм - ферромагнетизм), страница 12

Также, при возрастании температуры до 330 К обнаружендополнительный рефлекс при dhkl = 2,9 А, который соответствует ФМ фазе. Важноотметить,чтопритемпературе330Кобнаруженоприсутствиерефлексов,соответствующих как ФМ, так и АФМ фазе (см. Рис. 29), что свидетельствует о наличиипри фазовом переходе некоторого диапазона температур, в котором в сплаве Fe-Rhсуществуют области сосуществования двух фаз: АФМ и ФМ. Таким образом, нейтронныеисследования показали, что образец имеет АФМ фазу G-типа при температуре ниже точкиперехода (около 330 К), и ФМ фазу при более высоких температурах. В АФМ фазе G-типавсе соседние атомы железа в сплаве Fe-Rh имеют противоположные направлениямагнитных моментов (Рис.

28), в ФМ фазе магнитные моменты атомов железа направленыв одну сторону. В области фазового перехода в сплаве обнаружено сосуществование АФМи ФМ фаз.61Рис. 28. Структура антиферромагнетика G-типа.Рис. 29. Нейтронные дифракционные спектры для сплава Fe50,4Rh49,6, измеренные притемпературах T = 310 K, 330 К и 350 К (для углов рассеяния 2θ = 90○), обработанные пометоду Ритвельда. Показаны экспериментальные точки и вычисленный профиль.Наиболее интенсивные АФМ G-типа и ФМ пики помечены символами «АФМ» и «ФМ»,соответственно.В результате обработки нейтронных спектров, соответствующих шести значениямтемператур, была получена зависимость величины магнитного момента атома Fe висследуемом сплаве Fe50,4Rh49,6 от температуры в области магнитного перехода АФМ –ФМ.

На Рис. 30 представлена температурная зависимость среднего магнитного момента,который приходится на один атом Fe в кристаллической решетке. Установлено, что вАФМ фазе значение магнитного момента Fe около 3,6 µB, при увеличении температуры вФМ фазе магнитный момент уменьшается до значений около 3 µB. Стоит отметить, что62дифракция нейтронов не дает ответа на вопрос, с чем связано полученное изменениеусредненного значения магнитного момента атома Fe - с изменением магнитного моментаатома Fe или с изменением доли магнитной фазы. Например, если в ФМ фазе образцаприсутствуют области АФМ фазы, то из экспериментальных данных невозможноопределить причины уменьшения среднего магнитного момента атома: уменьшилсямагнитный момент или уменьшились размеры областей АФМ фазы.Стоит отметить, что используемый метод не позволяет разделить магнитныемоменты атомов Fe и Rh.

Предпринятые попытки ввода изменения магнитного моментаRh при обработке экспериментальных данных не привели к какому-либо эффекту нанейтронных спектрах. Таким образом, экспериментальные нейтронографические данныене позволили судить об изменении магнитного момента Rh. Для этого требуетсяпроведение измерений в парамагнитной фазе, которая в исследуемом сплаве наблюдаетсяпри температурах более 670 К. Используемое оборудование не позволило получатьнейтронные спектры при таких температурах.Рис. 30.

Зависимость магнитного момента железа для АФМ и ФМ фазы сплаваFe50,4Rh49,6.63Нейтронография позволяет выявлять не только особенности магнитной структуры,но и является инструментом для исследования атомной кристаллической структуры. Врезультатеобработкиэкспериментальныхнейтронографическихданныхбылоустановлено, что в АФМ и ФМ фазах в исследуемом сплаве преобладает ОЦК структура(bcc, тип CsCl). Необходимо отметить, что нейтронографические исследованияподтверждают результаты проведенного рентгенофазового анализа, которые такжепоказывают преобладание ОЦК структуры.Помимо определения типа структуры, на основе данных нейтронографииопределены значения параметра решетки для сплава Fe50,4Rh49,6 в области температур 293К – 350 К, которые представлены на Рис.

31 в виде экспериментальных точек натемпературной шкале.Рис. 31. Зависимость параметра элементарной ячейки для кубической фазы сплаваFe50,4Rh49,6. Сплошные линии – линейная интерполяция экспериментальных данных.В результате установлено наличие особенности, которая проявляется в резкомвозрастании параметра решетки со значения в 2,973 Å до значения около 2,981 Å в сплавеFe50,4Rh49,6 при переходе АФМ – ФМ в области температур 320 К – 330 К. Полученное64изменение параметра решетки соответствует изменению объема на 0,7 %. Температураперехода АФМ – ФМ условно показана в виде штриховой линии на Рис. 31.

Важноотметить, что представленные на Рис. 31 значения параметра решетки являютсяусредненными по всему объему исследуемого образца.Выводы о том, что фазовый переход АФМ – ФМ в сплавах Fe-Rh сопровождаетсяувеличением объема элементарной ячейки представлены также в работах [26–29].Полученное значение величины увеличения объема кристаллической решетки в сплавахFe-Rh на 0,7 % уточняет результаты нейтронографических измерений [26–29],проведенных в 1960-х гг. Значение параметра решетки при комнатной температурехорошо согласуется со значением, полученным из данных рентгенофазового анализа (a =2,974 Å).Такимобразом,в ходе настоящейработыпроведеныэкспериментальныеисследования кристаллической структуры с использованием метода рентгенофазовогоанализа в сплавах Fe50,4Rh49,6 и Fe49,7Rh47,4Pd2,9.

Проведены нейтронографическиеисследования и определены фазы магнитных структур в области температур фазовогоперехода АФМ – ФМ в сплаве Fe50,4Rh49,6. Показано, что в кристаллической структуреисследуемых сплавов преобладает ОЦК (bcc) фаза. Нейтронографические исследованияподтверждают фазовый переход из АФМ фазы в ФМ фазу, а также наличие областисосуществования двух фаз.653.3.Измерения намагниченности в сплавах Fe-Rh.Температурные зависимости намагниченности поликристаллических закаленныхобразцов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 в магнитных полях 0,25 Тл, 0,5 Тл,0,75 Тл и 1 Тл представлены на Рис.

32. Экспериментальные кривые получены в процессенагревания образца.Измеренные кривые M(T) демонстрируют резкие скачки намагниченности в областитемператур 320 – 330 К для Fe50,4Rh49,6, 295 К – 305 К для Fe49,7Rh47,4Pd2,9, 285 К – 295 Кдля Fe46,3Rh46,8Pd4,9, которые соответствуют магнитному фазовому переходу первого родаАФМ – ФМ. Максимальная величина намагниченности сплава Fe50,4Rh49,6 в магнитномполе 1 Тл достигает значения ~120,9 А*м2/кг и находится в хорошем согласии спредыдущими экспериментальными данными для Fe50Rh50 [22], составу, наиболееблизкому к исследуемому в ходе настоящей работы. Также, стоит отметить значительныерасхождения в значениях температуры фазового перехода для Fe50,4Rh49,6, полученных входе настоящей работы (~323 К), и представленной в работе [22] для состава Fe50Rh50 (385К), что согласуется с выводами работы [7] о том, что небольшие изменения состава всплавах Fe-Rh могут приводить к значительному смещению температуры перехода АФМ– ФМ.

В области температур 312 – 330 К в магнитном поле 1 Тл наблюдается областьсосуществования АФМ и ФМ фаз, наличие которой в области фазового перехода АФМ –ФМподтверждаетсявработах[2,60,167,199–204]иэкспериментальныминейтронографическими данными. Уменьшение магнитного поля приводит к смещениюобласти сосуществования фаз в направлении более высоких температур.66Рис. 32.Температурные зависимости намагниченности поликристаллических (а)Fe50,4Rh49,6, (б) Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и (в) Fe46,3Rh46,8Pd4,9 при температурах от 220 К до 360 Кмагнитных полях до 1 Тл.67ТемпературныезависимостинамагниченностиполикристаллическихсплавовFe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe46,3Rh46,8Pd4,9 показаны на Рис. 32(б,в).

В этих сплавах палладий введенв виде небольших добавок при изготовлении сплавов Fe-Rh. Исследование сплавов Fe-Rhc добавлением палладия в настоящей работе обусловлено перспективой регулированиятемпературы и ширины фазового перехода в сплавах Fe-Rh. С точки зрения практическогоприменения, сплавы Fe-Rh уникальны тем, что являются единственными из известных насегодняшний день материалами, которые претерпевают фазовый переход первого родаАФМ - ФМ при температурах около комнатных значений [57]. Тем не менее, дляпрактического применения необходима «тонкая настройка» точки фазового перехода.Наиболее применимым методом смещения температуры фазового перехода в сплавах FeRh является их легирование третьим металлом.

В частности, добавление в сплавы Fe-Rhметаллов Co, Ni, Pd приводит к снижению температуры фазового перехода АФМ – ФМ[119], а, например, при добавлении Pt температура перехода повышается [205].Температура перехода в сплавах Fe-Rh хоть и близка к комнатным температурам,тем не менее, превышает ее на несколько кельвин в зависимости от состава.