Диссертация (1104133), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Тем не менее, стоит упомянуть сплавы Гейслера[58,59], в которых фазовый переход (в том числе и первого рода) может происходить притемпературах, близких к комнатным и сопровождаться большими значениями МКЭ. Вработе [57] был получен многослойный материал, включающий чередующиеся слоиCo/Ru/Co и CoNi/Pd, в котором есть переход из состояния с антипараллельнымнаправлением магнитных моментов с нулевой остаточной намагниченностью в состояниес параллельными направлениями магнитных моментов с высоким значением остаточнойнамагниченности. При этом, может быть подобрана температуры такого перехода вмногослойном материале. С точки зрения температурной зависимости остаточнойнамагниченности это поведение имитирует фазовый переход АФМ – ФМ в сплавах FeRh.Измерения МКЭ в таком материале авторами не проводились.14В пленках FeRh при фазовом переходе АФМ – ФМ, вызванном магнитным полем,проявляется гигантское отрицательное магнитосопротивление, величина которого ΔR/R ~45% - 60% [42,60–64] близка к значениям для объемных сплавов FeRh [42].
Гигантскоемагнитосопротивление должно наблюдаться также и в многослойных структурах FeRh,состоящих из чередующихся слоев с магнитными и немагнитными атомами [64]. Эффектгигантского магнитосопротивления в области перехода АФМ – ФМ может бытьиспользован для производства датчиков магнитного поля [61]. Значительное уменьшениесопротивления пленки FeRh при фазовом переходе АФМ – ФМ интересно для созданиякомпонент электроники на основе железо-родиевых многослойных структур. ПленкиFeRhвобластифазовогопереходаимеютбольшойскачокнамагниченности,следовательно, имеют большую величину МКЭ.
С другой стороны, из-за гигантскогомагнитосопротивления плотность тока (как величина, обратная сопротивлению) черезпленку Fe-Rh чувствительна к переходу АФМ – ФМ. Управление величиной плотноститока в такой системе может производиться также внешним магнитным полем посредствомМКЭ в пленках Fe-Rh.Стоит отметить, что проявление гигантской магнитострикции в сплавах FeRh [41]должно учитываться при конструировании магнитных холодильников.
Необходимоучитывать тот факт, что изготовление рабочего тела, например, в виде фольги илипластин с зажатыми концами может приводить не только к их изгибу и перекрытиюканалов теплоотвода, но и возможному разрушению при длительной эксплуатации.Расчеты,основанныенапервыхпринципах,показываютсуществованиесущественных изменений, происходящих в электронной структуре [65–72]. При этом,теоретические расчеты подтверждаются экспериментальными исследованиями [4,6,73,74].Более того, высказываются предположения, что магнитные фазовые переходы в сплавахна основе FeRh имеют электронную природу [75], а причиной резкого АФМ – ФМперехода в сплавах FeRh является изменение электронной части энтропии [76–78],которое происходит вследствие изменения плотности состояний на поверхности Фермииз-за изменений в зонной структуре при переходе АФМ – ФМ в FeRh [79].
Проведенотакже теоретическое изучение оптического поглощения в фазах АФМ, ФМ и ПМ сплавовFeRh [80], в результате которого показано, что каждой магнитной фазе соответствуютсвои характерные пики на оптических спектрах поглощения. Такие эффекты, какгигантское магнитосопротивление, изменение электронной части теплоемкости припереходе АФМ – ФМ, связаны с особенностями зонной структуры сплава при переходе,поэтому исследование электронных свойств сплавов FeRh может быть важно длявыяснения физики магнитного перехода.15В работе [66] приводятся результаты расчетов зонной структуры из первыхпринципов на основе метода присоединенных сферических волн, которые проводилисьдля выяснения зависимости полной энергии и магнитного момента упорядоченногосплава FeRh от объема кристаллической решетки.
Авторами показано сосуществованиерешений, соответствующих АФМ и ФМ состояниям, в широком диапазоне объемов. Приэтом обнаружено, что равновесное состояние при нулевом давлении и комнатнойтемпературе является АФМ. Метастабильное ФМ состояние по энергии находитсянемного выше чем АФМ состояние и имеет минимум энергии при увеличении параметрарешетки на 0,5 %. Отсюда, ФМ состояние может быть достигнуто путем созданиямагнитных или тепловых возбуждений.ЭлектронныесвойствавFeRhбылирассмотреныавторамивработах[67,68,71,73,76,81–93].
Феноменологическое толкование АФМ – ФМ перехода в сплавахFeRh с точки зрения увеличения плотности состояний в результате гигантского объемногорасширения представлено в работе [85]. Авторами было пересмотрено соотношениемежду плотностью состояний на уровне Ферми и знаком косвенного взаимодействия врамках простой теоретической модели. В результате показано, что высокая плотностьсостояний стремится к ФМ структурам.
В работе [67] из теоретических расчетовполучено, что переход АФМ – ФМ в FeRh вызван магнонными возмущениями.Рассмотрения электронных свойств сплавов Fe-Rh в ПМ состоянии представлены вработe [81]. Показаны зонная структура и плотность состояний парамагнитного FeRh,полученные авторами работы [81] в результате вычислений с использованиемлинеаризованного метода Корринги – Кона – Ростокера.Зонная структура FeRh состоит из двух гибридизированных систем d-зон. Нижняясистема d-зон заполнена полностью, в то время как более высокие d-зоны атомовзаполнены чуть более, чем наполовину.
Несмотря на сильную гибридизацию между dсостояниями Fe и Rh, более низкая система d-зон состоит в основном из состоянийэлектронов Rh, в то время как более высокие d-зоны связаны с локализованнымисостояниями Fe. Соответственно, получены [81] следующие значения частных плотностейсостояний (в единицах состояний на Ридберг на ячейку ) при энергии Ферми EF: N(EF)Fe =37,2; N(EF)Rh = 20,4.В работе [94] на основе разработанной модели для зонной структуры АФМ Fe50Rh50изучено влияние замещающих примесей на электронные и магнитные свойства.Установлено,чтопримесиFe,замещающиеRhприводятквозмущениям,распространяющимся по крайней мере на ближайшие соседи примеси. Увеличивается ФМмомент до значения около 3,5 µB. Такое замещение приводит к зарождению ФМ областей16в АФМ матрице, и может быть движущей силой перехода АФМ – ФМ в сплавах FeRh.Замещение атомов Fe примесями Rh приводит к менее выраженному и болеелокализованному эффекту.
Влияние изолированных примесей Fe на электроннуюструктуру и магнитные свойства кубической АФМ ячейки FeRh исследовано также вработе [95]. Предложен возможный механизм перехода от АФМ в ФМ состояние,вызванный увеличением концентрации Fe.Спиновые и орбитальные моменты атомов Fe и Rh пленки FeRh могут бытьполучены из рентгенографических измерений методом XMCD (x-ray magnetic circulardichroism). В работе [83] на основе данных, полученных методом XMCD показано, чтомагнитные моменты отдельных атомов железа и родия возрастают при росте температурыв области перехода, в то время как отношение этих моментов остается постоянным.Данное поведение объясняется неоднородным состоянием в области сосуществованияФМ и АФМ фаз, в которых образовавшиеся ФМ домены существуют вместе составшимися областями антиферромагнетизма.Фазовый переход в пленках FeRh характеризуется большей шириной и большимтемпературным гистерезисом относительно объемных образцов FeRh [96].
В работе [97] врезультате исследований электрического сопротивления пленок Fe49.7Rh50.3 и Fe48.9Rh51.1показан очень резкий переход на обеих исследованных пленках. При этом пленкаFe49.7Rh50.3 имеет слабый температурный гистерезис шириной около 20 К.
Данноезначение лишь в 2 раза превышает гистерезис объемных сплавов. На ширину гистерезисатакже может оказывать влияние температура отжига [98]. Представленные в [97]результаты показывают, что способ строгого контроля эквиатомного состава приизготовлении пленки может быть эффективен для получения пленок FeRh с резкимимагнитными фазовыми переходами при низких температурах.
При этом время отжигаможет быть минимальным, что важно для перспективы массового изготовления.Ширина фазового перехода АФМ – ФМ в пленках FeRh и температура переходамогут регулироваться облучением пленки потоком ионов. В частности, в работе [99]показано уширение перехода и понижение температуры перехода при увеличенииинтенсивности потока ионов Ne+.ИсследованиесвойствсплавовFeRh,имеющихобъемноцентрированнуюкубическую решетку (ОЦК) и гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК)проведено авторами работы [100]. ОЦК сплав FeRh был изготовлен методом, получившимназвание melt spinning (расплав попадает на холодный вращающийся диск), в то время какГЦК сплав получен в шаровой мельнице. В результате спектроскопических измеренийполучено, что ОЦК фаза, полученная из ГЦК фазы менее упорядочена, чем ОЦК фаза,17полученная в результате melt spinning.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
