Распыление твердых тел ионами инертных и химически активных газов при фазовых превращениях (1097871), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Из (4) видно, что причинами наблюдаемого поведения температурнойзависимости коэффициента распыления поли- и монокристаллов гадолиния Y(T) могутявляться изменения энергии связи и ядерного торможения.В работе проведена оценка уменьшения энергии связи гадолиния при магнитномфазовомпереходе,основаннаянарасчетеизменениямежатомногопотенциалавзаимодействия, который в ферромагнитном состоянии можно представить в виде суммыU f ( r ) = U p ( r ) + H( r )(5),где Uf(r) и Up(r) потенциалы взаимодействия атомов гадолиния в ферро- ипарамагнитном состоянии, а H(r) – добавка, обусловленная обменным взаимодействием.В качестве Up(r) выбирался потенциал сшитый из потенциалов Бора (r≤ r1 = 1 Å),Борн – Майера (r1 ≤ r ≤ r2 = 1.4 Å) и Морзе (r ≥ r2).
Добавка H(r) рассчитывалась в рамкахтеории косвенного обменного взаимодействия РККИ (Рудермана, Киттеля, Касуии иИосиды). Магнитные свойства редкоземельных металлов обусловлены взаимодействиемэлектронов незаполненной 4f оболочки, которое осуществляется за счет поляризацииэлектронов в зоне проводимости. Такое взаимодействие носит осциллирующий идальнодействующий характер.Выполненные оценки показали, что в ферромагнитном состоянии на межатомныхрасстояниях R = 3.63 Å потенциальная энергия взаимодействия по абсолютной величине16больше, чем в парамагнитном на 6÷10%.
Учет этого изменения приводит к увеличениюэнергии связи в ферромагнитном состоянии на ~10% и, соответственно, уменьшениюкоэффициента распыления при температурах ниже точки Кюри на такую же величину.Оценка изменения коэффициента распыления при магнитном фазовом переходе хорошосогласуется с полученными экспериментальными результатами.Анализ имеющихся экспериментальных и теоретических данных по поведениюряда физических величин и параметров в окрестности точки Кюри, проведенный вдиссертационной работе, позволяет заключить, что максимум температурной зависимостираспыления при магнитном переходе связан со значительным уменьшением энергии связиатомов на поверхности.
Причиной этого являются значительные флуктуации магнитнойподсистемы образца вблизи точки Кюри, которые приводят к увеличению амплитудыколебаний слабосвязанных атомов в приповерхностном слое.Четвертая глава посвящена изучению поведения температурной зависимостивторичной ионной эмиссии в области температур фазовых переходов I и II рода. Былиизмерены зависимости I+(T) для монокристаллов Ni в области магнитного фазовогоперехода, а также поликристаллических Ni и сплава инвар FeCoNi в окрестности Тс иполикристалла Со в интервале температур, включающем температуры полиморфныхпревращений. Выбор эих магнитных материалов был обусловлен тем обстоятельством,что для них известно поведение коэффициентов распыления. Особый интерес вызывало тообстоятельство, что изменения Y(T) при переходе в парамагнитное состояние для Ni исплава имеют разные знаки.
Проведение количественных измерений I+(T) и сравнениерезультатов с данными по распылению важно для выяснения механизмов образованияположительных вторичных ионов. При бомбардировке образцов никеля в качествепервичных использовались ионы инертных и химически активных газов.Получены следующие экспериментальные результаты:ВобластиполиморфныхпревращенийвполикристаллеCoпроисходитступенчатое уменьшение выхода вторичных ионов в полтора раза при ГПУ→ГЦКперестройке решетки.
При температурах 200÷500ºС наблюдается температурныйгистерезис зависимости I+(T). Температуры, при которых заканчиваются изменения I+(T)при нагревании и начинаются при охлаждении, близки к значениям температур дляГПУ→ГЦК превращении ( 420ºС ) и обратного ГЦК→ГПУ превращения ( 340ºС ).При бомбардировке моно- и поликристалла Ni ионами Ar+ выход вторичных ионовуменьшается на 25÷40% при переходе образца из ферро в парамагнитное состояние. Приэтом в окрестности Тс имеется широкий максимум температурной зависимости I+(T),17Рис.2.
Температурная зависимость ВИЭс поверхности монокристалла NiРис.3. Температурная зависимостьповерхности поликристалла FeCoNiВИЭсболее выраженный для монокристаллов. Кроме того, в области температур 300÷500ºСнаблюдается температурный гистерезис кривой I+(T) – ток вторичных ионов в этоминтервале при нагревании выше, чем при охлаждении.
Вне указанного интервалатемператур кривые, полученные при нагревании и охлаждении, практически совпадают.Переход сплава FeCoNi в парамагнитное состояние сопровождается увеличением токавсех матричных вторичных ионов в два раза. Отличительной чертой полученных кривыхявляется то, что изменения зависимости I+(T) для ионов Fe+ и Co+ происходят втемпературном интервале 280÷350ºС (Тс = 320ºС), в то время как для Ni+ в интервале280÷480ºС.Последнееобстоятельствоможетбытьсвязановыделениемвприповерхностном слое областей, обогащенных Ni, точка Кюри для которого составляет360ºС.В результате изучения влияния типа первичного пучка (Ar+, N2+ и О2+ ) натемпературныезависимостивыходавторичныхионовсповерхностимоноиполикристаллов никеля установлено, что при использовании ионов химически активныхгазов характер зависимости I+(T) меняется существенным образом (рис.4).
Выходвторичных ионов Ni+ с поверхности образца, облучаемого ионами азота, также, как и приоблучении ионами Ar+, достигает максимального значения в окрестности Тс. После чегонаблюдается спад кривой I+(T), который становится резким при температуре выше 420°С.Вместе с тем, никаких особенностей в поведении температурной зависимости выходавторичных ионов с поверхности никеля в случае использования ионов О2+ ненаблюдается.18Рис.4.
Температурная зависимость ВИЭ с поверхности поликристалла Ni при бомбардировкеповерхности ионами аргона (а) и кислорода (б).В работе проведено обсуждение полученных результатов с точки зренияобщепринятых моделей ВИЭ и имеющихся данных по распылению исследованныхобразцов в области фазовых переходов.Анализ представленных результатов позволил выделить существенную рольэнергии связи атомов на поверхности Eb в формировании вторичных ионов. Эта величинав явном виде входит в модель [3], согласно которой вероятность образованияположительного вторичного иона определяется формулой:⎛ E ⎞P+ = ⎜ b ⎟⎝ I −ϕ ⎠2⎛ h ⋅v ⎞⋅⎜⎟⎝ a ⋅(I −ϕ ) ⎠nС учетом распыления по каскадному механизму: YИспользуяимеющиеся(6)+∼ Eb3/2экспериментальныерезультаты(7)пораспылениюполикристаллов Ni и FeCoNi и каскадный механизм распыления [2], можно оценитьизменения энергия связи атомов при переходе в парамагнитное состояние.
Для Ni Ebуменьшается на ∼8%, а для FeCoNi – увеличивается на 12%. Согласно (7), эти измененияEb должны приводить к уменьшению к уменьшению эмиссии вторичных ионов на ∼25% споверхности Ni и увеличению на ∼30% c поверхности FeCoNi. Эти оценки неплохосогласуются с полученными в данной работе результатами по влиянию магнитногофазового перехода на ВИЭ Ni и FeCoNi.Существование широкого максимума температурной зависимости тока вторичныхионов Ni+, в отличие от узкого для коэффициента распыления, объясняется в работеследующими причинами.
Анализ литературных данных показывает, что имплантацияионов аргона в ГЦК кристалл приводит к формированию в приповерхностном слое ГПУ19решетки. ГПУ фаза никеля является метастабильной и стабилизируется радиационнымидефектами и возникающими локальными упругими напряжениями. При увеличениитемпературы, начиная с Т=200°С, происходит отжиг дефектов и изменяются условияобразования ГПУ фазы.
При этом в приповерхностном слое содержатся как ГПУ, так иГЦК фазы никеля. Доля последней будет увеличиваться с ростом температуры, прикоторойпроисходитоблучениеобразца.Взависимостиотфазовогосоставаприповерхностного слоя значение Тс изменяется в пределах 50ºС. Принимая во вниманиеэти факты, можно предположить, что магнитный фазовый переход в модифицированномионной бомбардировкой слое никеля протекает не при постоянной температуре, а внекотором диапазоне температур. Поэтому изменения зависимости I+(T) ВИЭ никеляпроисходят в широком температурном интервале.Полученные результаты свидетельствуют о влиянии типа первичного пучка натемпературную зависимость ВИЭ никеля, которое также связано со свойствамимодифицированного ионной бомбардировкой приповерхностного слоя. Как показал РФЭСанализ, внедренные химически активные ионы азота и кислорода, занимая междоузельныеположения в кристаллической решетке, образуют химические соединения с атомаминикеля: нитриды (Ni3N и Ni4N) и оксид (NiO) никеля, соответственно, магнитные свойствакоторых отличаются от ферромагнетика никеля.Оксид никеля является антиферромагнетиком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
