Диссертация (1149509), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Зависимость корреляционнойдлины от температуры для соединений Mn1-xFexGe с x = 0.0, 0.25 и 0.3представлены на Рис. 4.9.Как видно из Рис. 4.9, обратная корреляционная длина геликоидальныхфлуктуаций, κ, растет с температурой вблизи температуры магнитногофазового перехода, что свидетельствует об уменьшении корреляционнойдлины магнитной структуры и появлении геликоидальных магнитныхфлуктуаций. Тем не менее, анализ профиля рассеяния нейтронов показалналичие геликоидальных флуктуаций при всех температурах T < TQF длясоединений Mn1-xFexGe с 0.2 < x < 0.4 (Рис. 4.8б). Корреляционная длина этихфлуктуаций не зависит от температуры в широком диапазоне вплоть доT = TQF, и много меньше функции разрешения малоугловой установки, тоесть84Рис. 4.9.
Зависимость обратной корреляционной длины магнитной структуры,⁄ соединений Mn1-xFexGe с x = 0.0, 0.25 и 0.3.Таким образом, можно сделать вывод о существовании двух различныхсостояний геликоидальных флуктуаций при различных температурах:температурные геликоидальные флуктуации при T > TQF и геликоидальныефлуктуации нетепловой природы, которые наблюдаются при низкихтемпературах. Тот факт, что корреляционная длина геликоидальныхфлуктуаций⁄ не зависит от температуры при T < TQF и падает сростом концентрации атомов Fe в соединении, позволяет утверждать облизости магнитной системы к точке квантового фазового перехода [108].Температура TQF в данном случае определяется как температура перехода изодного состояния в другое.85Полученная в результате анализа экспериментальных данных фазоваядиаграмматемпература-концентрация(T-x)магнитнойструктурысоединений Mn1-xFexGe представлена на Рис.
4.10. Параметр α соответствуетобъемной доле флуктуирующей фазы в магнитной системе соединения.Устойчивая геликоидальная структура с α < 0.1 ограничена области малыхполей и концентраций Fe в соединении. Линия α = 1.0 определяеттемпературу перехода к флуктуирующему состоянию магнитной структуры,TN. Температура Th ограничивает область диаграммы, в которой может бытьпроанализирован брэгговский пик от геликоидальной структуры (Рис. 4.10).Критическая температура TSRF соответствует переходу магнитной структурык фазе ферромагнитных нано-областей. Температура TQF ограничиваетобласть геликоидальных флуктуаций квантовой природы. Температура TCсоответствует температуре геликоидального магнитного упорядочения длясоединений Mn1-xFexGe си является единственной критическойтемпературой, обнаруженных для этих соединений.
Вертикальная линия присоответствует переходу от геликоидальной структуры с относительнобольшим значением волнового вектора магнитной спирали, ksa1, где a —параметр кристаллической решетки, к длиннопериодной геликоидальнойструктуре,ksa ⪡ 1(Рис. 4.8a).СогласнозаконуВегарда,параметркристаллической решетки a линейно зависит от параметра x и уменьшаетсяот 0.48 нм при x = 0.0 до 0.47 при x = 1.0 [99].Как было обнаружено ранее для соединения MnGe, температурныймагнитный фазовый переход происходит в несколько этапов. Брэгговскийрефлексотгеликоидальнойструктурыможетбытьразрешенпритемпературах ниже Th. В температурном диапазоне Th < T < TSRF наблюдаетсясмесь двух состояний системы, 100% флуктуирующего геликоидального()обнаруженноговысокотемпературногоприсостояния,температруахсформированногоTN < T < Th,изиустойчивыхферромагнитных корреляций с характерным размером порядка 1 нм.Устойчивая геликоидальная структура наблюдается только при низких86температурах, T < TN.
Замещение атомов Mn атомами Fe приводит куменьшению критической температуры Th. Температура TN также падает сростом параметра x и обращается в ноль при(Рис. 4.10). Длясоединения Mn0.6Fe0.4Ge устойчивой геликоидальной структуры обнаруженоне было.Рис. 4.10. Фазовая диаграмма температура-концентрация (T-x) магнитной структурысоединений Mn1-xFexGe.Геликоидальные флуктуации были обнаружены при температурах многониже TN даже для чистого соединения MnGe (областьнаРис.
4.10, 35 K < T < 130 K для x = 0). Поскольку фазовый переход размыт потемпературе более чем на 100 K выше TN, флуктуации, обнаруженные принизких температурах, не относятся к критическим тепловым и, вероятно,87имеютаналогичнуюприродусгеликоидальнымифлуктуациями,обнаруженными при T < TQF для соединений с x > 0.2 (Рис.
4.9).Таким образом, температурный фазовый переход из геликоидального впарамагнитное состояние соединения MnGe осуществляется путем плавногоувеличения объѐмной доли геликоидальных флуктуаций в магнитнойструктуре, начиная с температур много ниже TN. Замещение атомов Mnатомами Fe приводит к аналогичному сценарию фазового перехода, нокритическим параметром в данном случае является концентрация x, а нетемпература, что позволяет утверждать о квантовой (нетепловой) природеэтого перехода.Поскольку увеличение параметра x приводит к увеличению объѐмнойдоли геликоидальных флуктуаций, можно сделать вывод, что соединениеMn1-xFexGe претерпевает квантовый фазовый переход с ростом параметра xот устойчивого геликоидального магнитного состояния к флуктуирующейфазе, аналогично обнаруженному в соединении Mn1-xFexSi при исследованииэффекта Холла [109].
В случае соединений Mn1-xFexSi рост концентрации Feприводит к увеличению концентрации дырок, а не электронов, как следовалобыло бы ожидать. В свою очередь, такое изменение концентраций носителейзарядаприводиткмодификацииэффективноговзаимодействияРудермана-Киттеля-Касуя-Иошиды (РККИ) и ослабления взаимодействияДМ. То есть, в результате замещения магнитных атомов Mn атомами Fe всоединении Mn1-xFexSi происходит локализация магнитных моментов, чтоприводит к взаимодействию между магнитными атомами, находящимися вовторой координационной сфере [109].Можно предположить, что в случае моногерманидов механизмизменения магнитной структуры с ростом параметра x в соединенияхMn1-xFexSi аналогичен, но инвертирован.
То есть увеличение концентрацииFe в соединении Mn1-xFexGe приводит к увеличению концентрацииэлектронов и делокализации магнитных моментов. Согласно теоретическимрасчетам,приведеннымвработах88[27—29],константаобменноговзаимодействия ДМ, D, заметно уменьшается приможносделатьвывод,чтоТаким образом,основополагающимдляформированиягеликоидальной магнитной структуры соединения MnGe является другоевзаимодействие,отличноеотформированиюмагнитнойвзаимодействиемявляетсявзаимодействияспирали.эффективноеДМ,приводящееПредположительно,взаимодействиекэтимРККИ[93].Увеличение концентрации Fe в данном случае приводит к росту обменноговзаимодействия ДМ и уменьшению влияния эффективного взаимодействияРККИ на магнитную систему.
Конкуренция этих взаимодействий в итогеприводит к дестабилизации магнитной структуры и, резкому уменьшениюволнового вектора магнитной спирали ks при xc2 ≈ 0.45. То есть основнымвзаимодействием для магнитной структуры соединений Mn1-xFexGe с x > 0.45является взаимодействие ДМ, а эффективное РККИ является инструментомдля дестабилизации магнитной структуры и может послужить ещѐ однойпричиной асимметрии брэгговского рефлекса со стороны больших значенийпереданногоимпульса,симметричногоQ.обменногоТакже,приэффективногоx < 0.45,сосуществованиевзаимодействияРККИ,формирующего акиральную геликоидальную структуру, и ассиметричноговзаимодействия ДМ, знак которого строго определяет связь междумагнитной и структурной киральностью, может привести к формированию100% киральной геликоидальной магнитной структуры.Дляпроверкиисследованиеданногометодомутверждениярассеяниятребуетсяполяризованныхдополнительноенейтроновнамонокристаллическом образце соединения MnGe с объѐмом порядка 1 мм3.Однако, ввиду сложного процесса синтеза образцов данного соединения,проведение данного эксперимента оказывается невозможным.894.3.
Основные выводы.Исследования магнитной структуры соединений Mn1-xFexGe показали,что для соединений с параметром x < 0.4 температурная эволюция магнитнойструктуры происходит по тому же сценарию, что и в случае чистогосоединения MnGe. При температурах ниже TN наблюдается сосуществованиеустойчивой геликоидальной магнитнойструктуры и геликоидальныхфлуктуаций (Рис.
4.4). В диапазоне температур TN < T < Th геликоидальнаямагнитная система является 100% флуктуирующей. Как и в случае чистогосоединения MnGe, при рассеянии нейтронов на образцах соединений Mn1xFexGeс x < 0.4 в диапазоне температур T < Th, наблюдается рассеяние наспиновыхвозбужденияхмагнитнойструктуры.Интенсивностьэтогорассеяния скоррелирована с интенсивностью рассеяния на геликоидальныхфлуктуациях (Рис. 4.4). При температурах выше Th магнитная структураразбиваетсяхарактернымнавзаимодействующиеразмеромпорядкаферромагнитные1 нм.Количествонано-областисферромагнитныхнано-областей увеличивается с ростом температуры вплоть до TSRF и затемпадает при T > TSRF.Увеличение концентрации Fe в соединениях Mn1-xFexGe c x < 0.45 неоказывает существенного влияния на период геликоидальной магнитнойструктуры при низких температурах (Рис.
4.8а). Тем не менее, с ростомпараметра x, растѐт объемная доля геликоидальных магнитных флуктуаций(Рис. 4.8б). Вклад в рассеяние нейтронов от устойчивой геликоидальнойструктуры падает с ростом x и обращается в ноль при низких температурахпри xc1 ≈ 0.35. Таким образом, магнитная система соединений Mn1-xFexGeпретерпевает скрытый квантовый фазовый переход из упорядоченногогеликоидальногосостоянияв100%флуктуирующеегеликоидальноесостояние при x → xc1. Корреляционная длина флуктуаций, обнаруженныхпри низких температурах в соединениях Mn1-xFexGe с 0.25 < x < 0.4 не90зависит от температуры в диапазоне T < TQF.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
