Диссертация (1149509), страница 5
Текст из файла (страница 5)
1.2 и Ур. 1.3, можно сделать вывод, что процесс рассеяниянейтрона с поглощением магнитного возбуждения будет происходить сизменением импульса нейтрона на величину, а с рождениеммагнона — с изменением импульса нейтрона на противоположную величину,. Подробнее процесс рассеяния нейтронов на магнитныхвозбуждениях в магнитной системе, основанной на ДМ взаимодействии,описан в работе [82].В малоугловом пределе, переданный импульс может быть разбит на двеупругие компоненты, перпендикулярные начальному импульсу нейтронаии одну неупругую, направленную вдоль импульса нейтрона, тогда⁄( ⁄[) ]⁄где— начальнаяэнергия нейтрона.
На Рис. 1.4 графически представлены полученные врезультате решения для δ-функций, Ур. 1.3, в пространстве (случае‖), в. Как видно из Рис. 1.4, рассеяние нейтронов на магнитныхвозбуждениях в случае малых углов ограничено двумя сферами c центрамипри,и, где⁄() — это угол отсечкирассеяния нейтронов на магнитных возбуждениях при H = HC2,нейтрона.25— массаРис. 1.4. Решения для δ-функций, Ур.
1.3, в пространстве (плоскость соответствует), в случае‖ . Серая. Величина эффективного угла отсечкисоответствует радиусу сферы при определенной величине внешнего магнитного поля H.В результате, оказывается возможным измерение константы спинволновой жесткости магнитной структуры, A, методом малоугловогорассеяния нейтронов. Интегрируя решения для δ-функций, Ур. 1.3, попереданной энергии,получим, что рассеяние нейтронов будет ограниченоэффективным углом отсечки, который зависит от величины внешнегомагнитного поля и определяется выражением:( )где(1.4)— угол Брэгга от геликоидальной магнитной структуры.Результатыизмеренияконстантыспин-волновойжесткостигеликоидальной магнитной системы моносилицида марганца методоммалоуглового рассеяния поляризованных нейтронов (МУРПН) представленына Рис.
1.5 [82]. Также на Рис. 1.5 для сравнения представлены результаты26измерения константы спин-волновой жѐсткости, полученные ранее методомклассической трехосной спектроскопии нейтронов [77, 83], и результаты,полученные аналитически с помощью модели Бака-Йенсена и экспериментовпо малоугловой дифракции нейтронов [52, 54, 74].
Таким образом показано,что определѐнная при помощи метода малоугловой дифракции нейтроновконстанта спиновой жесткости магнитной системы моносилицида марганцанаходится в хорошем соответствии с результатами прямых измерений. В тоже время, способ получения информации о динамических свойствахмагнитной системы при помощи метода малоуглового рассеяния нейтроновдает более полную и точную количественную оценку за меньшее время, чемметод трехосной спектроскопии.Позднее, анизотропия спектра геликоидальных магнитных возбужденийв системах, основанных на ДМ взаимодействии, была подтвержденаэкспериментально с помощью метода трехосной спектроскопии нейтроноввысокогоразрешения[84].Былообнаружено,чтоприизменениинаправления внешнего магнитного поля на противоположное меняется и знаку переданной нейтрону энергии.27Рис.
1.5. Зависимость величины константы спин-волновой жесткости магнитнойструктуры MnSi от температуры, измеренной методом малоуглового рассеянияполяризованных нейтронов (красные круги) [82], полученная косвенно из моделиБака-Йенсена и метода малоугловой дифракции поляризованных нейтронов (МУРПН)(синие ромбы) [52, 54, 74], а также измеренные методом трехосной спектроскопиинейтронов значения константы спин-волновой жесткости при T = 5 K [77] и25 K [83] (зеленые квадраты).281.6. Физические свойства моногерманидов переходных металлов.Другим классом бинарных соединений со структурой типа B20 являютсямоногерманиды переходных металлов.
Моногерманиды Mn, Fe, Co и ихтвердые растворы так же, как и MnSi относятся к кубическим магнетикам соструктурой типа B20 и обладают близкими по значению параметрамирешѐтки. Однако, эти системы изучены значительно меньше. Это связано стем, что структура типа B20 является метастабильной для бинарныхсоединений моногерманидов переходных металлов. Эти соединения невстречаются в природе в естественных условиях и могут быть синтезированылишь при высоких давлениях и температурах [23].Эти соединения демонстрируют удивительные магнитные свойства,которые бьют рекорды температуры магнитного упорядочения (TC = 278 КдляFeGe[26])и величиныволновоговекторамагнитнойспирали(ks = 2.2 нм–1 для MnGe) [25, 85]. Магнитный момент на один магнитный атомдля соединения MnGe при температуре в 2 К составляетчто в 4.5 разапревосходит магнитный момент Mn в соединении MnSi, обнаруженный прималыхтемпературах(0.4 B ).Измененияспиновойсистемыикристаллической структуры соединения MnGe под действием внешнегодавленияисследовалисьспомощьюизмерениясопротивленияивосприимчивости моногерманида марганца, а также методами порошковойнейтронной дифракции и монокристальной дифракции синхротронногоизлучения [86, 87].
Обнаружено, что квантовый фазовый переход изупорядоченного в неупорядоченное состояние под действием давления принизких температурах сильно отличается от изученного в соединении MnSi ипроисходит в два этапа. При внешнем давлении порядка 6 ГПа происходитпереход из высокоспинового состояния () в низкоспиновое ()При этом период геликоидальной магнитной структуры падает от 3 нм до2 нм [86]. Переход к немагнитному состоянию осуществляется только при29давлениях больших 10 ГПа. Подобное поведение магнитной структурысоединения MnGe согласуется с теоретическими расчѐтами [88].Исследования расширения кристаллической решѐтки соединения MnGeс температурой методом монокристальной дифракции синхротронногоизлучения показали, что в отличие от MnSi, коэффициент температурногорасширения моногерманида марганца демонстрирует инварное поведение вовсем диапазоне температур, T < 270 K [31].
Это может свидетельствовать осуществовании в системе спиновых корреляций уже при T = 270 K, влияниекоторых на кристаллическую структуру растѐт при понижении температуры.Следует также отметить, что при исследовании соединения MnGe методоммонокристальнойдифракциисинхротронногоизлучения,структурныхпереходов в диапазоне температур T < 300 K обнаружено не было [31].Магнитная структура MnGe под действием внешнего магнитного поляисследовалось методом малоугловой дифракции нейтронов в работе [89].Авторы доложили о возможности существования А-фазы при низкихтемпературах в отсутствии внешнего магнитного поля.
Однако, результатыисследования MnGe методом мюонной спектроскопии свидетельствуют огеликоидальномупорядочениимагнитнойструктурыпринизкихтемпературах аналогично соединению MnSi [89].Магнитный фазовый переход соединения моногерманида марганца изпарамагнитного в геликоидальное состояние с температурой исследованзначительно меньше, чем для соединения MnSi. Принято считать, чтотемпература фазового перехода для MnGe равна TC = 170 K и определяетсякак максимум температурной зависимости магнитной восприимчивости[24, 25, 85, 89—91].
Однако, пик температурной зависимости магнитнойвосприимчивости,характерныйдляантиферромагнитныхматериалов,широко размыт температуре вблизи TC, а температурная зависимостьмагнитной восприимчивости при TC < T < 300 K не описывается закономКюри-Вейса [92]. Исследования сопротивления моногерманида марганцапоказали изменение знака константы топологического эффекта Холла при30температурах порядка 130 K в малых полях [24]. Также, методами мюоннойспектроскопии и спектроскопии Мѐссбауэра были обнаружены магнитныефлуктуации при температурах много меньше TC [89, 91]. Согласнотеоретическим расчѐтам, для формирования геликоидальной магнитнойструктуры соединения MnGe более предпочтительным по сравнению свзаимодействиемДМявляетсяэффективноевзаимодействиеРудермана-Киттеля-Касуя-Иошиды (РККИ) [93].
То есть, для описаниямагнитной структуры моногерманида марганца следует также учитыватьвзаимодействиемагнитныхатомов,находящихсявовторойкоординационной сфере. В результате, следует ожидать более сложныймагнитный фазовый переход порядок-беспорядок соединения моногерманидамарганца с температурой по сравнению с соединением MnSi.Твѐрдые растворы MnGe и FeGe демонстрируют не менее удивительныесвойства.
Экспериментальные исследования магнитного фазового перехода всоединениях Mn1–xFexGe показали возможность изменения киральностимагнитной спирали путем изменения соотношения металлов Mn и Fe врастворе [17, 18] (Рис. 1.6). Система с левозакрученной магнитной спиралью,обнаруженная для величины параметра x < xC переходит в систему снм–1 приферромагнитным упорядочением с волновым векторомзначениивеличиныПриx xc 0.75.дальнейшемувеличенииконцентрации Fe в твѐрдом растворе (x > xC) система вновь становитсягеликоидальной,ноужесправозакрученноймагнитнойспиралью.Аналогичный эффект, был обнаружен также для соединений Fe1–xCoxGe.КритическаяконцентрацияатомовCoвданномслучаесоставила[19].Несмотря на быстро растущий интерес к соединениям моногерманидовпереходных металлов, в литературе обнаруживается большое количествопротиворечий,афазоваядиаграммадлямоногерманидамарганца,аналогичная приведенной на Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
