Диссертация (1149509), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.2 для MnSi до сих пор не построена, как ине предложена модель, объясняющая31изменение волновоговекторамагнитной спирали ks с ростом параметра x в соединениях Mn1–xFexGe иMn1-xCoxGe в области x < 0.5.Рис. 1.6. Зависимость критических температур TC (сверху) и значений волновых векторовмагнитной структуры ks (снизу) от концентрации xв твѐрдом растворе Mn1–xFexGe [18].322. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ2.1. Синтез образцовПроблема создания устройств высокого статистического давленияявляется самостоятельной задачей. Попытки решить эту проблему привели ксозданию различного типа устройств, из которых наиболее практическоеприменение, в зависимости от диапазона давлений и рабочего объема, нашлиследующие: установки типа «поршень-цилиндр», плоские наковальниБриджмена [94], бандажные аппараты типа «белт» [95] и многопуансонныесистемы, например, типа взаимоскользящих наковален [96].
В монографииД.С. Циклиса [97] подробно изложены сравнительные характеристики иконструкционные особенности аппаратов высокого давления каждого типа.Синтез всех использованных образцов был выполнен в камере типа«тороид», которая сконструирована Л.Г. Хвостанцевым, Л.Ф. Верещагиными А.П. Новиковым [98] (Рис. 2.1.).Рис. 2.1. Камера высокого давления типа «тороид» с диаметром лунки 15 мм. 1 -Пуансон(твердый сплав WC); 2 - Чечевица (литографский камень) с образцом в центральнойчасти; 3- Поддерживающие кольца (сталь).Это устройство представляет собой модифицированные плоскиенаковальни, изготовленные из твердого сплава – спеченного карбидавольфрама с цементирующей добавкой (кобальт) и запрессованные в33поддерживающие кольца из стали марки 45ХНМФА. Средой, передающейквазигидростатическоедавление,нареакционныйобъем,вовсехэкспериментах использовался литографский камень.Основным принципом создания высокого давления в камерах такоготипа является сочетание процессов сжатия и истечения вещества рабочегообъема, т.е.
обеспечение увеличения плотности вещества в рабочем объеме:∆ρ/ρ = ∆m/m - ∆V/V,где ρ – плотность, m - масса и V – объем вещества.Сжатие исследуемого материала осуществляется пуансонами изтвердого сплава, истечение вещества происходит через кольцевой зазормежду пуансонами. Истечение вещества прекращается после достиженияравновесия между давлением в центральной части камеры и кольцевомзазоре за счет возрастания сил трения в литографском камне, вытекающимчерез зазор.
Последующее увеличение нагрузки приводит к повышениюдавления только за счет сжатия среды. Наличие тороидальной части камерыв качестве поддержки центральной части, в результате чего давление почтиравномерно снижается от центра к периферии, обеспечивает устойчивуюработу в течение длительного времени при высокой температуре. При этом,высота кольцевого зазора (h = 1.0—1.5 мм при максимальном нагружении)позволяет ввести в центральную часть термопары. Применение твердыхматериалов в качестве среды, передающей давление, позволяет проводитьисследования в широком диапазоне давлений и температур.
Важнойметодической задачей является подбор материалов, контактирующих среагирующим веществом при синтезе в условиях высоких давлений.Исходя из величины требуемого давления и объема реагируемоговещества, использовалась камера с размером лунки 15 мм. Для созданиянагрузки при сжатии камеры диаметром 15 мм применялся малогабаритныйлабораторный гидравлический пресс усилием до 1000 тонн.Синтез моногерманидов переходных металлов в условиях высокихдавленийитемпературявляется34новойтехнологиейполученияматериалов [23].
Для синтеза соединений со структурой В20 в системахMnGe-CoGe и MnGe-FeGe при давлении 8 ГПа необходимо былоиспользовать высокую температуру для получения гомогенных по составуобразцов большого объема и обеспечить их защиту от загрязненияпримесями посторонних металлов. Поэтому была использована схемаобеспечивающая прямой нагрев.
При такой сборке нагрев осуществлялсяпропусканием переменного тока непосредственно через исходную смесь,контактирующую с матрицей камеры через тонкую крышку из нейтральногометалла.В качестве среды, передающей давление и предохраняющей исходнуюсмесь от загрязнения и окисления, использовался монокристаллическийхлористый натрий.
Трубка из NaCl набивалась тщательно перемешаннойисходной смесью в среде аргона. Для камеры с диаметром лунки 15 ммиспользовалась ампула с внешним диаметром 8 мм, внутренним отверстиемдиаметром 5 мм и высотой 8 мм. Величины тока и напряжения, необходимыедля создания температуры, обеспечивающей расплавление исходной смеси,определялисьповольтампернойхарактеристикесмеси.Притакихтемпературах кристаллизация соединений происходила в условиях близких кгидростатическим, поскольку плавление смеси происходило при температуреблизкой к температуре плавления NaCl.
Такой способ синтеза позволялполучать максимально большие образцы (Рис. 2.2), которые легко моглибыть очищены от передающей среды.Однаконедостаткомтакогометодаявляетсяневозможностьопределить абсолютную температуру, при которой происходит синтез. Этоприводит к возможному перегреву смеси и изменению исходного состава,что может приводить к образованию смеси фаз. Поэтому параметры синтезаопределялись непосредственно по результатам рентгеновского фазовогоанализа для каждого состава образца соединения.35Рис. 2.2. Вид образца после плавления при высоком давлении 8 ГПа в контейнере из NaCl.Для получения образцов ряда соединений Mn 1-хCoх Ge и Mn 1-хFeх Ge соструктурой В20 было выполнено более ста опытов для х = 0; 0.1; 0.15; 0.2;0.3; 0.4; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 0.95; 1.0. В частности, образцов состава MnGeбыло синтезировано 65 штук.
Полученные поликристаллические образцыимели форму цилиндра с диаметром основания порядка и высотой порядка4 мм (Рис. 2.2). Характерные размеры монокристаллов в образце непревышали 100 мкм ни в одном из направлений. Масса образцов непревышала 300 мг. Синтез проводился как из исходной смеси, так и изпредварительно приготовленного сплава с использованием дуговой печи.Для синтеза использовались германий, зонно-очищенный чистотой не хуже99.999%, и марганец чистотой 99.5 – 99.9%. В качестве защитногоконтейнера,передающегодавление,использоваликромемонокристаллического хлористого натрия (NaCl) также высоко – плотныйгексагональный нитрид бора (BN). В качестве токопроводящих прокладокмы использовали фольгу высокочистых тантала и серебра.Аттестация образцов проводился на дифрактометре STOE IPDS-II сиспользованием Mo-Kα излучения при нормальном давлении и комнатнойтемпературе.
На Рис. 2.3 представлены рентгенограммы образцов MnGe,синтезированных из смеси исходных порошков (MnGe-1) и из сплава(MnGe-2). Поскольку на рентгенограмме, полученной от образца MnGe-2,присутствует рефлекс при 2θ = 16 и значительно менее, в сравнении с36рентгенограммой от образца MnGe-1, выражен пик при 2θ = 15, можносделать вывод что в образце, полученном из сплава, присутствует примесьфазы Mn11Ge8 [99]. Поэтому большой объем соединение MnGe длянейтронографических исследований нарабатывался путем синтеза смесиисходных компонентов в контейнере из NaCl.Рис. 2.3. Рентгенограммы образцов соединения MnGe: образец MnGe-1 синтезирован изисходной смеси порошков и образец MnGe-2 из сплава.372.2. Метод SQUID-магнитометрииДля получения предварительной информации о магнитной структуреразличных материалов достаточно изучить поведение образца исследуемогоматериала во внешнем магнитном поле.
Существует два различных способапрямого измерения магнитной восприимчивости образцов малого объема. Впервом случае необходимо измерение изменения магнитного потока вблизиобразца под действием внешнего поля. Одним из возможных способовреализации данного метода является измерение падения напряжения наконтрольной катушке вследствие изменения позиции образца (методколебания образца, СКВИД). Во втором случае производится прямоеизмерение силы, с которой действует на образец внешнее магнитное поле,или,приособойконфигурацииэксперимента,крутящегомомента,действующего на образец, находящегося во внешнем магнитном поле(магнетометры крутящего момента, весы Фарадея).При измерении магнитной восприимчивости образцов, исследованных вданной работе, использовался метод СКВИД.
То есть измерения проводилисьпосредством перемещения образца в детектирующих катушках (Рис. 2.4а).Наведенное гомогенным внешним магнитным полем электрическое поле визмерительных катушках имеет противоположный знак и одинаковуювеличину. В то же время, неоднородность магнитного поля, вызваннаяналичиемвблизикатушекобразца,которыймодельноописывалсямагнитным диполем, приводит к появлению ненулевого электрического токав катушках. Измерительные катушки соединены друг с другом посредствомСверхпроводящегоКвантовогоИнтерферометра(СКВИД).Типоваязависимость падения напряжения на СКВИДе в зависимости от положенияобразца относительно измерительных колец представлена на Рис. 2.4б.
Вданной работе использовался СКВИД, работающий на постоянном токе, сдвумя контактами Джозефсона. Изменение электрического тока в кольцеСКВИДа соответствует изменению магнитного потока через кольцо.38Минимальное измеримое изменение магнитного потока через кольцосоответствуетодномуквантумагнитногопотока,которыйравенТл, где h — постоянная Планка, а e — заряд⁄электрона. Магнитная восприимчивость всех исследованных в данной работесоединений была измерена на коммерческой измерительной системемагнитныхсвойствMPMS-3S,находящейсявИнститутеФизикиКонденсированного Состояния (ICMP), Брауншвейг, Германия.В процессе измерения образцы охлаждались в нулевом магнитном полеH = 0 Т,затемпроводилисьизмерениятемпературнойзависимостимагнитной восприимчивости в поле H = 50 мТл в температурном диапазоне5—300 К.Рис. 2.4.
(а) Схематическое устройство измерительных колец магнитометра MPMS-3S.(б) Типовая зависимость падения напряжения на СКВИДе в зависимости от положенияобразца относительно измерительных колец.392.3. Метод малоугловой дифракции нейтроновПри рассеянии нейтронов на одномерной периодической структуревыполняется закон Брэгга-Вульфа,(2.1)где d — период структуры, θB — угол Брэгга, λ — длина волны нейтрона,n — целое число. В случае геликоидальных магнетиков период спиралисоставляет величину порядкападающихнейтронов равна] нм. Если длина волны[λ = 0.6 нм,томагнитноерассеяние отгеликоидальной структуры будет сконцентрировано в области малых углов⁄На примере соединения MnSi показано, что геликоидальная магнитнаяструктура при температурах ниже TC в внешнем поле H меньше HC2, нобольше HC1 (вектор распространения магнитной спирали сонаправлен свнешним магнитным полем,‖ ), описывается выражением [74, 100]:̂где[]— это спин элементарной ячейки,взаимно ортогональные вектора ( ̂[̂(̂̂ )⁄причѐм ̂ ̂ и ̂ —̂ ]) длина каждого из которыхравна по модулю спина элементарной ячейки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
