Диссертация (1103182), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Результаты измерения33Рис. 1.15. Теоретически рассчитанные плотности состояний (DOS) для сплаваNi45Mn37In13Co5 аустенитной (а) и мартенситной (б) фазах. Уровню Фермисоответствует E = 0 эВ [34].Рис. 1.16. Фотоэлектронные спектры для сплавов Ni2Mn1+xSn1–x при x = 0,42(а) и x = 0,36 (б) в аустенитной и мартенситной фазах [37].34электронной теплоёмкости [38], нормального и аномального эффекта Холла[39] в Ni-содержащих сплавах Гейслера не показали существенных различийв плотности состояний на уровне Ферми для аустенитной и мартенситнойфаз.Рис. 1.17.

Теоретически рассчитанные плотности состояний (DOS) для сплаваNi2Mn1+xSn1–x при x = 0,5 в аустенитной и мартенситной фазах, а также при x= 0 и 0,25 в аустенитной фазе [37].1.3.3. Магнитные свойства сплавов Гейслера при мартенситном переходеВ большинстве случаев сплавы с памятью формы не являютсяферромагнитными, однако некоторые Mn-содержащие сплавы Гейслерасоставляют исключение.Исследования мартенситных переходов в сплаве Ni2MnGa описаны вработах [40]–[42],[24].

В работе [24] Кудрявцевым и др. проводилисьисследованиямагнитныхсвойствобъёмныхобразцовNi2MnGaвмартенситной и аустенитной фазах. Было установлено, что при нагреванииобразца вблизи Т = 224 K резко возрастает его магнитная восприимчивость35(рис. 1.18а). В этой же области обнаружилось изменение температурнойзависимости сопротивления(рис. 1.18б).

Можно считать, что этатемпература является температурой обратного мартенситного перехода (т.е.расположена между As и Af). Стоит отметить, что при охлаждениианалогичного образца в аналогичных условиях (см. [42]), температурамартенситного перехода была определена как Т = 202 K, что можетсвидетельствовать о наличии температурного гистерезиса в областиперехода.В работе [9] Черненко и др.

были изучены зависимости магнитныхсвойств тонких плёнок Ni2MnGa (отожжённых при Т = 1073 К) вмартенситном состоянии. По резкому уменьшению намагниченности суменьшением температуры (рис. 1.19) была определена температурамартенситного перехода, составившая 316 К. Для тонких плёнок такженаблюдался температурный гистерезис в районе перехода. Было установлено,что температура мартенситного перехода не зависит от толщины плёнок (ихтолщина составляла от 0,1 до 1 мкм).Черненко отмечает, что значениетемператур мартенситных имагнитных превращений меняется в зависимости от количества электроновна атом (отношение е/а) [43]. Экспериментальные данные и расчёты изпервых принципов расчёты показывают, что элемент Z в сплавах ГейслераNi-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn) также существенно влияет на температурыпревращений [44].

Кроме того, недавние эксперименты на образцаходинакового состава, но полученных при различной термической обработкепоказывают, что химический беспорядок также играет важную роль [45] –[47].В работе [34] приведены расчёты из первых принципов для выявлениявлияния химического беспорядка на обменные интегралы. В качествепримера, на рис. 1.20 показаны теоретически рассчитанные обменные36Рис.

1.18. Температурные зависимости магнитной восприимчивости (а) исопротивления(б)объёмныхобразцовNi2MnGa[24].Величинысопротивлений нормированы на величину при T = 300 К.Рис. 1.19. Температурная зависимость намагниченности тонкой плёнкиNi2MnGa [9].37Рис. 1.20. Теоретически рассчитанные обменные интегралы для аустенитнойи мартенситной фаз Ni50Mn30Ga20. [34].38интегралы для неупорядоченного нестехиометрического сплава Ni50Mn30Ga20.Расчёты были проведены для в аустенитной (постоянная решётки a = 5,85 Å)и мартенситной (a = b = 5,47 Å; c = 6,68 Å; отношение c/a = 1,22) фаз.По величине обменных интегралов в зависимости от расстояния междуатомами на рис. 1.20 можно заметить почти идеальную компенсациюферромагнитногоиантиферромагнитноговзаимодействиймагнитныхмоментов вблизи TM.

Это приводит к дестабилизации ферромагнитнойаустенитной фазы, которая подвергается магнитоструктурному переходу,превращаясь в парамагнитную мартенситную фазу.Магнитноеобменноевзаимодействиететрагональнойрешёткимартенсита (с/а = 1,22) не может больше поддерживать ферромагнитныйпорядок. Тепловые спиновые флуктуации будут и далее способствоватьстабилизации «парамагнитного зазора» приT < TM, пока не произойдётскачок намагниченности. [48],[49]. Это показывает, что магнитоструктурнаянестабильность в значительной степени определяется атомным беспорядком,ведущимкжёсткойконкуренцииферро-иантиферромагнитноговзаимодействий примерно одинаковой величины.исчезновениеферромагнитнойаустенитнойЭтимфазыопределяетсяипоявлениеслабомагнитной мартенситной фазы при магнитоструктурном переходе.ДлячетверногосплаваГейслераNi45Mn37In13Co5выполняетсяаналогичный сценарий [34].

С добавлением кобальта (кобальт, вероятно,будет замещать атомы никеля), ферромагнитное взаимодействие увеличится,но также усилится разупорядлочение. Наличие кобальта приводит кснижению TM, так как кобальт сильно гибридизируется с состоянияминикеля, и вызывает большее разупорядочение спинов, что приводит кбольшей магнитной энтропии.391.3.4. Образование ферромагнитных кластеров при мартенситном переходеВ работе [39] при исследовании эффекта Холла в четверных сплавахГейслераNi-Mn-In-Si былиполученызависимости,которыеможнообъяснить с точки зрения эффективной среды для двухфазной системы [50].Исходя из этого, в [39] отмечается возможность постепенного уменьшенияколичества аустенитной фазы при понижении температуры.В [51] изучался характер магнитного упорядочения выше и нижетемпературымартенситногопереходадлячетверныхсплавовNi50−xCoxMn40Sn10 в диапазоне составов х = 6–8.

В работе представленытемпературные зависимости намагниченности и малоуглового нейтронногорассеяния. Ранее была выдвинута гипотеза о том, что в различныхмартенситных сплавах, обладающих конкуренцией между ферромагнитнымиантиферромагнитнымобменнымивзаимодействиями,существуютспиновые кластеры (см., напр.

[52]). В [51] показано, что эти спиновыекластеры могут непосредственно наблюдаться с помощью нейтронногорассеяния.Поведение Ni-содержащих сплавов Гейслера при низких температурахобъясняется формированием ферромагнитных кластеров в пара- илиантиферромагнитной матрице, приводящим к суперпарамагнитным явлениямвсплавах.Нанамагниченностирис.для1.21показанысплаватемпературныеNi44Co6Mn40Sn10взависимостимагнитномполенапряжённостью 10 Э [51]. Зависимости были получены в режимах«охлаждения без поля» (ZFC) и «охлаждения в поле» (FC) — чёрная икраснаякривыесоответственно.Расхождениякривыхпринизкихтемпературах и пик на кривой ZFC свидетельствуют о суперпарамагнитном«замораживании» при T = 60 К.Согласно Конгу и др.

[53], поведение зависимостей на рис. 1.21 между60 и 370 К (температурой мартенситного перехода) можно описать с40Рис.1.21.ТемпературныезависимостинамагниченностисплаваNi44Co6Mn40Sn10 в магнитном поле напряжённостью 10 Э [51].Рис. 1.22. Петли гистерезиса сплава Ni44Co6Mn40Sn10 при температурах 80 —370 К [51].Рис. 1.23.

Температурная зависимость малоуглового нейтронного рассеяния всплаве Ni44Co6Mn40Sn10 [51].41помощью формулы Ланжевена с учётом дополнительного линейного вклада:   (T ) HM ( H )  nC (T ) C (T ) cth  C  k BTk BT    BG (T ) H ,(T)HC(1.1)где nС и μС — соответственно концентрация и магнитный моментферромагнитных кластеров, χBG — «фоновая» магнитная восприимчивостьнеферромагнитной матрицы. Параметры χBG, μС и nС меняются в зависимостиот температуры.Из петель гистерезиса на рис. 1.22 видно, что при низких температурах(≤ 100 К) существенная часть образца намагничивается до насыщения вмалых полях. Это свидетельствует о наличии микрообластей остаточногоаустенита, т.е. ферромагнитных кластеров.

На рис. 1.23 о наличии кластеровсвидетельствует увеличение величины малоуглового нейтронного рассеянияпри малых температурах.Такимобразом,вNi-содержащихсплавахГейслераможетсуществовать конкуренция ферро- и антиферромагнитного обменныхвзаимодействий. Магнитные свойства мартенситной фазы указывают наналичие суперпарамагнитного «замораживания» наноскопических спиновыхкластеров.§ 1.4. Постановка задачиСплавы Гейслера — это бесконечный класс соединений, проявляющихв зависимости от состава большое разнообразие магнитных, электрических,оптических и механических свойств.Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в последние годы впонимании свойств, связанных с мартенситным переходом в Ni-Mnсодержащих сплавах Гейслера, подробные механизмы, ответственные замартенситный переход, далеки от полного понимания.

Из-за тонкого балансамежду электронной, ионной и магнитной энергией в непосредственнойблизости от мартенситного перехода, свойства этих сплавов очень42чувствительны к изменениям их собственных параметров. Имеют значениехимический состав, тип кристаллической структуры, тип и объёмная долядополнительных легирующих элементов, а также внешние параметры(методы и условия изготовления, температура отжига, приложенноемагнитногополя,давление,скоростинагреваиохлаждения,последовательность измерений).В настоящей работе была поставлена задача исследования изменениямагнитооптических свойств Ni-Mn-содержащих сплавов Гейслера (тонкихплёнок, лент и объёмных образцов) в зависимости от состава образцов иизменения их структуры при мартенситном переходе.43Глава 2Магнитные полупроводники§ 2.1. Разбавленные магнитные полупроводники GaMnZ2.1.1.

Основные свойства и методы полученияСозданиетемпературойразбавленныхКюривышемагнитныхкомнатнойполупроводниковможетоказать(РМП)сзначительноевоздействие на развитие современной техники и в первую очередь наразвитие спинтроники и магнитофотоники [2]. Такие материалы могут бытьиспользованы как эффективные инжекторы спин-поляризованного тока, иоткрывают принципиально новые возможности для управления магнитнымисвойствами электрическим полем или излучением. В настоящее времяинтенсивно изучаются разбавленные магнитные (III,V)Mn-содержащиеполупроводники (где III и V — элементы III и V групп соответственно).Разбавленномуферромагнитномуполупроводнику(Ga,Mn)Asпосвящено много экспериментальных и теоретических исследований.Однако, большинство исследований были направлены на поиск путейповышения температуры Кюри. Поэтому по-прежнему нет единой точкизрения об электронной структуре и природе ферромагнетизма в (Ga,Mn)As.Ведётся дискуссия о плотности состояний в верхней части валентной зоны ина уровне Ферми, а также о механизмах обмена, ведущих к появлениюферромагнитного упорядочения [2]–[55].

Характеристики

Список файлов диссертации