Диссертация (1149509), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Тем не менее, неупругий вклад в рассеяние может оказатьсязначительным и анализ данных, полученных в результате экспериментов помалоугловому рассеянию нейтронов необходимо производить с его учѐтом.Результаты исследования спин-волновой динамики классическогоинварного сплава Fe65Ni35 методом малоуглового рассеяния нейтронов сиспользованием описанного подхода опубликованы в работе [34].473.
СПИНОВАЯ СТРУКТУРА MnGeСоединение MnGe демонстрирует удивительные магнитные свойства.Так, величинаволновоговекторамагнитнойспиралипринизкихтемпературах составляет ks = 2.2 нм–1 [25]. Магнитный момент на одинмагнитный атом при низких температурах в 4.5 раза превосходит магнитныймомент Mn в соединении MnSi (в MnGe противв MnSi).Исследования расширения кристаллической решѐтки соединения MnGe стемпературойметодоммонокристальнойдифракциисинхротронногоизлучения показали, что в отличие от MnSi, коэффициент температурногорасширения моногерманида марганца демонстрирует инварное поведение вовсем диапазоне температур, T < 270 K [31]. Структурных переходов в MnGeпри температурах T < 300 K при этом обнаружено не было.Поскольку соединение моногерманида марганца имеет наибольшуювеличину топологического эффекта Холла из всех известных на данныймомент геликоидальных магнетиков [24], а аномально большая длягеликоидальных магнетиков, с взаимодействием ДМ, величина волновоговекторамагнитнойисследованиепарамагнитногоспиралимагнитногодосихфазовогопорпереходав геликоидальное состояниеостаѐтсяэтогонеобъяснѐнной,соединенияпредставляетизогромныйинтерес.3.1.
Магнитная восприимчивость MnGe.Поликристаллическийобразецмоногерманидамарганцабылсинтезирован методом высокого давления в Институте Физики ВысокогоДавления, Троицк, Россия. Образец представляет собой поликристалл сосредним размером кристаллита вдоль каждого из направлений не менееодного микрона [23]. Результаты экспериментов, проведенных методомрентгеновской порошковой дифракции, подтвердили кристаллографическую48структуру B20 у исследуемых образцов [31, 107]. Содержание примесей вобразце не превысило 2% объемной доли.НаРис. 3.1апоказанатемпературнаязависимостьмагнитнойвосприимчивости (T ) соединения MnGe.
При температуре TSRF = 170 Кнаблюдаетсямаксимумтемпературнойзависимостимагнитнойвосприимчивости, типичный для геликоидальных магнетиков [18]. Анализтемпературной зависимости производной магнитной восприимчивостиd (T ) dT (T ) (Рис. 3.1а) позволяет определить еще две характерные длямагнитной структуры моногерманида марганца температуры. ТемператураTN = 130 Kопределяетсякакположениемаксимуматемпературнойзависимости производной магнитной восприимчивости и температураT* = 200 K, которая определяется как минимум температурной зависимостимагнитной восприимчивости соединения. Как показано в [10] для соединенияMnSi, с ростом температуры T → TN в системе разрушается дальниймагнитный порядок, а при температуре T = T*, корреляционная длинагеликоидальных магнитных флуктуаций оказывается равна периоду спиралии падает с температурой. То есть при T > T* влиянием взаимодействия ДМ намагнитную систему можно пренебречь.Несмотря на то, что применимость данного подхода доказана длясоединения MnSi, истинная природа магнитных состояний соединения MnGeпри различных температурах может быть определена только при помощиисследований методом малоугловой дифракции нейтронов.49Рис.
3.1. (а) Температурная зависимость магнитной восприимчивости (T )соединения MnGe измеренная в поле H = 50 мТл и еѐ производная потемпературе d (T ) dT (T ) . (б) Температурная зависимость интегральнойинтенсивности магнитного рассеяния нейтронов на образце соединения MnGe.503.2.
Исследование MnGe методом малоугловой дифракции нейтронов.Измерения методом малоуглового рассеяния нейтронов на образцесоединения MnGe проводились на инструменте D33 на реакторе ИнститутаЛауэ-Ланжевена (ILL), Гренобль, Франция [63]. Расстояние образец-детекторбыло выбрано равным 2 м, а длина волны падающих нейтронов λ = 0.6 нм,чтобыпокрытьдиапазонзначенийвекторапереданногоимпульса0.6 < Q < 2.7 нм–1. Разрешение установки было выбрано равным 10%, то естьминимально достижимая ширина брэгговского рефлекса была равнанм–1.Интенсивностьрассеянияизмеряласьвпроцессеохлаждения образца в нулевом поле из парамагнитного состояния притемпературе T = 300 К в упорядоченное состояния при температуре T = 10 К.На Рис.
3.1б показана температурная зависимость интенсивностимагнитногорассеяниянейтроновнаполикристаллическомобразцесоединения MnGe, проинтегрированной по всему диапазону переданныхимпульсов, покрываемых детектором на расстоянии 2м от образца, в полеH = 0 Тл.Покрываемыйдетекторомдиапазонзначенийпереданногоимпульса может быть виден, например, на Рис.
3.2а. Хорошо видно, чтоинтенсивность рассеяния нейтронов растет с температурой, начиная отнизких температур, достигая максимального значения при TN = 130 K(Рис. 3.1б). Эта температура соответствует положению максимума первойпроизводноймагнитнойвосприимчивостиd (T ) dT (T )(Рис. 3.1а).Подобное поведение интегральной интенсивности рассеяния нейтронов небыло обнаружено ранее ни на одном из исследованных геликоидальныхмагнетиков,магнитнаяструктуракоторыхсформированазасчѐтконкуренции ферромагнитного обменного взаимодействия и взаимодействияДМ.
При T > TN, интенсивность рассеяния нейтронов от образца соединенияMnGe плавно уменьшается с ростом температуры (Рис. 3.1б). Следуетотметить, что магнитный вклад в рассеяние нейтронов не исчезает вплоть доT = 300 K.51На Рис. 3.2 показаны карты магнитного рассеяния нейтронов насоединении MnGe при различных температурах. Картины рассеянияпоказываютнеожиданную,посравнениюссоединениемMnSi,температурную эволюцию магнитной структуры соединения. Типичнаякартина рассеяния от порошкового геликоидального магнитного образцанаблюдается при температурах ниже TN = 130 ± 2 К (Рис.
3.2а-г). Кольцоинтенсивностирассеяниясоответствуетсосуществованиюразличныхгеликоидальных доменов со случайно ориентированными спиральнымиволновымивекторамиks.ВышетемпературыTN = 130 Ккольцоинтенсивности преобразуется в круглое пятно с легко определяемойграницей,уменьшаетсяС дальнейшим ростом температуры размер пятнадоTSRF = 170 ± 2 Ктемпературызначениярассеяние(Рис. 3.2д,е).размывается,нонеВышеисчезаеттемпературывплотьдоК (Рис. 3.2ж,з).Интенсивность рассеяния I(Q), показанная на Рис. 3.2 была азимутальноусреднена и построена на Рис.
3.3 как функция переданного импульса Q длятемператур T = 10, 75, 110, 130, 150 и 175 К. При низких температурах(T = 10 К), профиль брэгговского рефлекса описывается функцией Гаусса сцентром при Q = ks (Рис. 3.3). С ростом температуры, функция, описывающаяпрофиль рефлекса преобразуется в функцию псевдо-Войта, а также растетинтенсивность дополнительного рассеяния при Q < ks.
Оба этих вклада врассеяние могут быть разделены и проанализированы в температурномдиапазоне T < Th = 150 К.52Рис. 3.2. Карты интенсивности малоуглового рассеяния нейтронов на образцесоединения MnGe при температурах T = 10 К (а), 75 К (б), 110 К (в), 130 К (г), 150 К (д),175 К (е), 200 К (ж) и 260 К (з).Рис. 3.3. Зависимость интенсивности рассеяния от переданного импульса на образцесоединения MnGe при температурах T = 10 К, 75 К, 110 К, 130 К, 150 К и 175 К.53Аппроксимациябрэгговскогорефлексапроводиласьфункциейпсевдо-Войта, что позволило определить четыре параметра: позициярефлекса ks, полная ширина на половине высоты (ПШПВ) рефлекса,интегральные интенсивности функций Гаусса I(G) и Лоренца I(L). Ширинарефлекса, κ, определяется когерентной длиной магнитной структуры, , накоторойпроисходитрассеяниеустановки.
В случаенейтронов,⁄ифункциейразрешенияширина рефлекса будет равнафункции разрешения установки. Если же ширина брэгговского рефлексапревышает инструментальную функцию, когерентная длина магнитнойструктуры может быть определена как⁄ .Вклад в брэгговский рефлекс функции Гаусса в данном случае следуетинтерпретироватькаксвѐрткуфункцииразрешенияустановкииФурье-образа функции, описывающей распределение магнитных доменов поразмерам. Например, Фурье-образ распределения магнитных доменов поразмерам для устойчивой магнитной структуры с большой корреляционнойдлиной будет функция, близкая к дельта-функции Дирака. Таким образом,вклад от функции Гаусса соответствует рассеянию нейтронов на устойчивойгеликоидальной структуре.
В то же время, вклад в брэгговский рефлексфункции Лоренца связан с наличием в магнитной системе геликоидальныхфлуктуаций [3, 7].Как видно из Рис. 3.3, интенсивность дополнительного к брэгговскомурефлексу рассеяния при Q < ks растет с температурой. Это рассеяние не былообнаружено ранее ни при исследовании MnSi [8], ни при исследованиисоединенияFeGe [26, 46].Сдругойстороны,эторассеяниебылообнаружено, но не было проанализировано в экспериментах по дифракциинейтронов на образцах соединения моногерманида марганца, [25, 85, 91].Интенсивность наблюдаемого рассеяния практически не зависит отпереданного импульса при значениях Q, меньших величины волновоговектора магнитной спирали ks. Таким образом, при обработке данных,профиль дополнительного рассеяния был описан свѐрткой функции54Хэвисайда с разрывом при значении переданного импульса Q = ks и функцииЛоренца (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
