Диссертация (1104133), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В первом случае в ОЦК структуре имеются около40 % атомов Fe, около которых из 8 атомов Rh один заменяется на атом Fe (нарушениепорядка ОЦК структуры).ГЦК структура нанокристаллических сплавов FeRh, полученных в шаровоймельнице,рассматриваетсятакжевработах[101–107].Отмечается,чтонанокристаллическая ГЦК фаза является парамагнитной при комнатных температурах.Проводились измерения намагниченности и восприимчивости составов FexRh100-x (26 < x <65).
Отмечено, что в изготовленных образцах наблюдается прямая зависимость среднегоразмера кристаллитов от содержания Rh: средний размер кристаллитов растет от 9 нм до17 нм при увеличении Rh в сплаве от 35 до 74. Это поведение хорошо согласуется с тем,что нижний предел размера кристаллитов растет при увеличении пластичности материала,которая возрастает с увеличением содержания родия в сплаве. Измерения acвосприимчивости и восприимчивости в режиме ZFC (zero-field cooling) показали, чтотемпература максимума Tmax на температурных кривых слабо зависит от приложенногополя и его частоты, что может объясняться постепенной блокировкой моментовкристаллитов при понижении температуры в сторону Tmax, при достижении которойпроисходит их коллективное «замораживание» в случайных направлениях. При низкойтемпературе обмен между некомпенсированными моментами кристаллитов проводитсячерез замороженные моменты границ кристаллитов– поведение, свойственноекластерному стеклу.
Повышение температуры до точки замораживания границ приводит ктому,чтокристаллитывосприимчивостьдостигаетстановятсянемаксимума.связаннымиНенулевая(обменостаточнаяразрушается),инамагниченностьсохраняется до температур, значительно превышающих Tmax, что показывает, чтомоменты кристаллитов сосуществуют в суперпарамагнитной области, блокируя состояниявыше температуры Tmax.
Увеличение размеров кристаллитов приводит к сдвигу точки Tmax,т.е. уменьшение структурной упорядоченности ведет к уменьшению спинового порядка.Теоретические расчеты из первых принципов магнитных свойств сплавов Fe-Rhпроводились авторами работ [69,108–111]. Результаты показывают, что в упорядоченномFeRh наблюдаются постоянные значения магнитных моментов атомов Fe и Rh дляширокого диапазона значений параметра кристаллической решетки.
При уменьшениирешетки происходит разрушение магнитных моментов как в ФМ, так и в АФМ фазах.Показана сильная зависимость сверхтонкого магнитного поля на атоме Fe от атомнойконфигурации его окружения. Добавление атомов Rh в непосредственной близости отатомов Fe приводит к потере магнитной связи.18Теоретические рассмотрения из первых принципов в работе [69] показывают, чтоочень слабые изменения в стехиометрии Fe-Rh оказывают сильное влияние на фазовыйпереход.
В частности, рассматривалось наличие небольшого процента замещений атомовRh атомами Fe в сплаве и наоборот, которое наблюдается в реальных материалах. Переходв FeRh проявляется в результате тонкого баланса конкурирующих электронныхвзаимодействий, которые нарушаются при малейших изменениях в составе. Например,авторы отмечают, что замещение всего 2% атомов Rh атомами Fe приводит к изменениютемпературы перехода на 200 К. В работе делается пессимистичное предположение о том,что по причине гиперчувствительности к таким нарушениям в стехиометрии, сплав Fe-Rhвероятно не может быть технологически полезным магнитным материалом.
В работетакже приведены результаты расчетов изотермического изменения энтропии |∆S| = 21.1Дж/К кг в поле 2 Тл при переходе АФМ – ФМ и отмечен большой электронный вклад в40% в эту величину.Магнитооптические свойств пленок Fe-Rh начали исследоваться сравнительнонедавно [112–115]. Величина эффекта Керра на пленках Fe-Rh увеличивается притемпературе фазового перехода АФМ – ФМ и максимум пика (пик имеет отрицательноезначение) наблюдается при энергии фотона около 3,8 эВ, когда пленка Fe-Rh переходит вФМ состояние [112,113]. На пленках FeRh100-XPtX (легированных платиной) наблюдаютсядва отрицательных пика: больший пик при энергии фотона в 3,8 эВ и более малый пикпри энергии 4,7 эВ [114,115].В работе [116] представлены результаты исследований пленки Fe-Rh на основеферромагнитного резонанса около температуры фазового перехода АФМ – ФМ.
Былиопределены перпендикулярные и параллельные константы одноосной и четырехкратнойанизотропии ⊥ = (5,2 ± 0,1) × 105 Дж/м-3, 1⊥ = (0,23 ± 0,8) Дж/м-3, ∥ = (7,3 ± 1,6) ×102 Дж/м-3, 1∥ = (6,4 ± 0,8) × 103 Дж/м-3 и отмечена слабо выраженная анизотропия впленке FeRh. Получено значение g-фактора 2,05±0,06, близкое по значению к величине gфактора электрона, что отражает слабое спин-орбитальное взаимодействие в Fe-Rh.Существование перпендикулярной магнитокристаллической анизотропии в пленке Fe-Rhна подложке MgO показано также в работе [117].Магнитные переходы в сплавах Fe-Rh могут регулироваться путем измененияпараметра решетки.
Одним из способов изменения параметра решетки являетсяприложение высокого давления. В работе [118] показаны результаты исследованияструктуры сплава Fe50Rh50 при высоких давлениях. При давлениях выше 10 ГПаобнаружен частичный переход с изменением структуры из ОЦК в ГЦК, после которогоэти структуры сосуществуют в сплаве. Во время этого перехода наблюдалось уменьшение19параметра решетки ОЦК фазы примерно на 1,5 %, при этом новая ГЦК фаза придавлениях выше 10 ГПа имеет сильно сжатую решетку.
Такое поведение параметрарешетки при приложении давления может приводить к интересным магнитным свойствамобеих сосуществующих фаз.Изменение магнитного состояния в сплавах на основе Fe-Rh при приложениидавления 10 кбар также описано авторами работы [119]. Изменение магнитной структурыисследовалось также при частичном замещении атомов родия палладием. Авторыотмечают, что как приложение давления, так и частичное замещение атомов Rh приводитк возникновению особенностей электронной плотности состояний на уровне Фермисплава.
Исследования фазового перехода при высоких давлениях проводились такжеавторами работы [120].В структуре сплавов Fe-Rh при нарушении режимов их изготовления могутвозникать различные дефекты, которые оказывают влияние на свойства материала.Например, дефекты могут приводить к стабилизации низкотемпературной ФМ структурыв объемных Fe-Rh [121]. Большое количество дефектов может быть получено в результатевысокоскоростной деформации. В ряде работ [122–124] проведено исследованиеизмененийвкристаллическойимагнитнойструктурахсплавовFe-Rhпривысокоскоростной деформации.
В работах [122,123] рассматривается возникновениедефектовтипавакансияприфазовомпереходе,вызванномвысокоскоростнойдеформацией сжатия в Fe-Rh. Исследования структуры методами рентгеновскойдифракции и просвечивающей электронной микроскопии показывают, что в результатевозникновения этих дефектов структура B2 (ОЦК) изменяется на две смешанные фазы соструктурами L10 (ГЦК, в котором в узлах и на двух противоположных гранях атомы Fe, наостальных четырех гранях атомы Rh) и A1 (ГЦК, в котором присутствуют только атомыFe).Влияние сильных деформаций решетки на АФМ структуру сплава Fe-Rhрассмотрено в работе [125].
Показано, что сильные деформации приводят к переходу вПМ ГЦК фазу. Авторы приводят также изменение энтропии при переходе АФМ – ФМ,вызванном давлением ∆SАФМ-ФМ = 1,2 Дж г/атом К.201.2. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы Fe-RhФазовые структурные и магнитные превращения в системе сплавов Fe-Rhисследовались в работах [28,37,37,126–133]. На Рис.
3 представлена фазовая диаграммасистемы [126].Рис. 3. Фазовая диаграмма системы Fe – Rh [126].В системе Fe-Rh присутствуют следующие равновесные фазы, показанные нафазовой диаграмме (Рис. 3):- жидкая фаза (область L на фазовой диаграмме), которая сохраняется притемпературах более 1550 ˚C;- ПМ фаза с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой (область на фазовойдиаграмме);- высокотемпературная ПМ фаза с ОЦК решеткой (область на фазовой диаграмме),которая стабильна в узком диапазоне содержания Rh (до 3 ат.%) в области температур1394 – 1538 ˚C;- низкотемпературная ФМ фаза с ОЦК решеткой (область на фазовой диаграмме);- химически упорядоченная фаза с кристаллической структурой B2 типа CsCl(область ’ на фазовой диаграмме);21- химически упорядоченная АФМ фаза с кристаллической структурой B2 типа CsCl,которая образуется из фазы ’ при фазовом переходе ФМ – АФМ при охлаждении(область ” на фазовой диаграмме).Зависимости точки Кюри и температуры перехода первого рода АФМ – ФМ отсостава пленки FeRh показаны на Рис.
4 [61]. Отдаление от эквиатомного состава приувеличении содержания родия от 51% до 62% приводит к уширению гистерезиса иуменьшению скачка намагниченности [134].Рис. 4. Зависимость температуры Кюри (закрытые круги) и температуры переходаАФМ (α'') – ФМ (α') (открытые квадраты и треугольники) от состава пленки FeRh.Пунктирная линия отражает границу между фазами α' и γ [61].В настоящей работе исследуются сплавы Fe-Rh, находящихся в фазах α’ и α”.Следует отметить, что в тексте данной работы фаза α’ обозначается как ФМ фаза, фаза α”– как АФМ фаза.Добавление в сплав третьего металла может реализовать другую некубическуюкристаллическую структуру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
