Аморфные материалы (835546), страница 48
Текст из файла (страница 48)
6.34, показывают, что в аморфных сплавах при Г < 0 в также может иметь место закон р ~ — Г2.Действительно, известны аморфные сплавы типа металл— металл,такие как Си— Zr, Nb—,Ni, Pd—Zr, имеющие сравнительно высокоесопротивление, изменяющееся с температурой как р ~ (1—«Г 2). Ктому же, для всех вышеотмеченных сплавов в области высокихтемператур (Г > 0 р ) имеет место закон р ~ — Т, т.
е. электросопротивление с ростом температуры монотонно уменьшается. В рамкахвышеописанной теории можно объяснить закон р ~ Т 2, наблюдае206мый в аморфных сплавах N i—Р, но закон ,р ~ — Г2 объяснить нельзя.Коут и Майзель [66] выдвинули предположение, согласно которомуаморфные сплавы, для которых выполняется закон р ~ — Г2, имеютвысокое сопротивление — 200 мкОм-см и выше. Поскольку в таких сплавах средняя длина свободного пробега электрона А е малано сравнению с длиной волны фонона, не происходит рассеяниеэлектронов на фононах1. А именно, в дебаевском аморфномтвердом теле область интегрирования однофононного процесса суживается от 0до 2nfAe^-q^qD и поэтому вклад второгооднофононного члена в (6.15) снижается, а вклад первого — возрастает.
Тогда, ограничив сопротивление ррд однофононным вкладомпо условию обрезания области интегрирования у = 2 я / А e qD, электросопротивление, в соответствии с (6.15), можно выразить какp » p o e - w <«> + ( l - Y ) P p » .(6 - 16)где ро — остаточное сопротивление, соответствующее первому членув выражении2 (6.15). При уменьшении Ае величина у возрастает, приэтом вклад второго слагаемого в .(6.16) снижается и электросопротивление контролируется первым слагаемым р0e~*wW, так что температурные изменения сопротивления р определяются температурной зависимостью фактора Д ебая— Валлера.
Очевидно, что в области низких температур реализуется закон3 р ~ (1— Г2). Полагают,что в аморфных сплавах металл— металл, таких как Си—Zr и Р б—Zr, где 0d ниже, чем у аморфных сплавов металл— металлоид, вкладфактора Д ебая— Валлера в температурную зависимость электросопротивления становится очень существенным и поэтому для этихсплавов легко получается закон р ~ (1—гГ2).6.4.3. Локальные колебания структуры и эф ф ект КондоВ области сверхнизких температур ( < 2 0 К) в магнитных и немагнитных аморфных сплавах часто появляется минимум электросопротивления. При охлаждении аморфных сплавов ниже температуры, отвечающей этому минимуму, электросопротивление возрастает пропорционально —1п7\ В настоящее время существует дваобъяснения этой логарифмической зависимости. Первое основывается на положении о наличии локальных изменений в неупорядоченной структуре аморфного сплава [67].
Согласно второму объяснению [68], причиной появления минимума сопротивления являетсяэффект Кондо, возникающий как следствие магнитных взаимодействий.Кокрэн и др. [67] утверждают, что в аморфных сплавах, какв структурах с большим числом степеней свободы, содержащих 121 Э то у т в е р ж д е н и е н азы в аю т услови ем П и п п а р д а — З а й м а н а . П р и м . р е д .2 Б о л е е п одробн о с теорией К о у т а — М а й зе л а м ож но о зн ак о м и ться в р а боте [1 4 ]. П р и м . р е д .О б о з н а ч е н и я : Л’(0) — п ло тн о сть эл ек тр о н н ы х со сто ян и й н а п о в ер х н о стиным ф ак то р о м Д е б а я — В а л л е р а , о т к у д а и п о л у ч ается п р и в ед ен н а я за в и с и м о с т ьпри н и зк и х 'тем п ер ату р ах .- П р и м - р е д .207Унеупорядоченные атомные конфигурации, движение атомов происходит путем своеобразного туннельного эффекта, а именно, появляются особые моды колебаний, не свойственные кристаллам иобусловленные неупорядоченностью в расположении атомов.
Рассеяние электронов за счет такого движения ионов, так ж е как и эффект Кондо, дает закон р ~ —InТ. В работе [69] для исключениявлияния магнитных эффектов (в частности, эффекта Кондо) на за висимость р ~ —InТ чрезвычайно точно измерили электросопротивление аморфных сплавов Pd— Si, в которых концентрация магнитных примесей составляла не более lO-41^ . Результаты приведены нарис.
6.37. Минимум сопротивлениялежит в окрестности 7'=7-f-8 КЕсли приложить магнитное поле 5Т,то у функции 1пГ появляется коэффициент 2/з- Кроме того, оказыва65,60щ,ется, что после кристаллизации при600°С зависимость \пТ полностью*1 65,59%исчезает.сС.Основываясь на этих фактах65,58можносказать, что закон р ~ —1пГ1,52выполняется только для неупорядоченной аморфной структуры. При1,51веденные на рис. 6.37 данные полу0,5 - 13 5 Т,Кчены с точностью А р /р « 10-5. Недавно было сообщено о том, что провеРис.
6.37. Электросопротивледены прецизионные измерения элекние аморфного сплава PdeoSiaoпри сверхнизких температурахтросопротивления с точностью Др/в магнитном поле [69]:/ р « 10-4 вплоть до сверхнизких тем1 — аморфное состояние, Я = 0;ператур в аморфных сплавах Mg—2 — то же, Я = 5 Т; 3 — то же,Zn [44] и Ag — Си — Ge f45], по.отжиг при 300°С, Я = 0; 4 — толученных из высокочистых металловж е , отжиг при 300°С, Я = 5 7;■6 — кристаллизация при 500°С,и практически не содержащих магJ i = 0; 6 — то ж е при 500°С,нитных примесей. При этом миниН — 1 Т\ 7 — то же, при 500°С,мум электросопротивления не наЯ = 2,5 Т; 8 — то же при 500°С,блюдался.
Таким образом, можноЯ =5 Тсказать, что для изучения минимума сопротивления в аморфных неупорядоченных структурах и дляанализа зависимости р ~ —1пГ указанная точность измерений недостаточна.Хасэгава с сотр. [68] обнаружили, что при легировании аморфных сплавов Pd— Si ферромагнитными примесями Ее, Со, Сг, Мпв этих сплавах проявляется эффект Кондо. При содержании ферромагнитных примесей в количестве от 0,5% до нескольких процентовпри температурах 20—30 К проявляется заметный минимум сопротивления (Д р /р « 10~2J.
В обычных кристаллических сплавах минимум сопротивления составляет Лр/рл: 10-1—-10-2. Хасэгава с сотрудниками назвали наблюдаемое ими явление эффектом Кондо в аморфных сплавах. Однако, как показано на рис. 6.29 [45], минимум сопротивления при 20—30 К наблюдается также и в ферромагнитных266аморфных сцлавах на железной или кобальтовой основах. Этотминимум составляет Л р /р « 10~3-f-10“4, т. е. на один—два порядкаменьше, чем > случае эффекта Кондо, причем он характерен толькодля аморфного состояния и исчезает при кристаллизации.Собственно говоря, первоначально предполагалось, что эффектКондо проявляется только в разбавленных твердых растворах вследствие особенностей поведения магнитного момента. Довольно необосновано также мнение о том, что эффект Кондо проявляется привысокой концентрации магнитных ионов в состоянии ферромагнетизма, приводящей к возникновению магнитного упорядочения.Как справедливо указывает Мидзутани [70], минимум электросопротивления и закон р ~ —1пГ обусловливаются совместным действием двух факторов: магнитной упорядоченностью, с одной стороны, и атомной неупорядоченностью, с другой.
Вероятно, исследования в этом направлении следует продолжать.Г л а в а 7.СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСоздание сверхпроводников, которые имели бы высокую, критическую температуру Тс и обладали бы достаточной пластичностью,всегда занимало умы ученых и конструкторов. ■С момента открытия явления сверхпроводимости (1911 г. [1 ]) прошло уже брлдаесемидесяти лет и в настоящее время известно уже большое ксщщчество сверхпроводников.
Однако те немногие известные химические соединения со структурой ,p-W [2] и NaCl [3], которые имеют сравнительно высокую температуру Тс, очень хрупкие. Этахрупкость является существенным препятствием на пути их массового практического использования. Аморфные же сплавы имеютпревосходные характеристки прочности и пластичности, поэтомуинтерес к исследованию аморфных сверхпроводников, соединяютщих в себе высокую Тс и хорошие механические характеристики,в последнее время все более повышается.7.1. ВВЕДЕНИЕВпервые сверхпроводимость аморфных металлов наблюдалиБакель и Хилш [5] около тридцати лет назад.
Они показали, чтоаморфная висмутовая пленка, напыленная на охлаждаемую жидким гелием массивную плиту, имеет сравнительно высокую Тс. Стех пор сверхпроводимость наблюдалась на многих аморфных металлах и сплавах. Сверхпроводящие аморфные металлы получаютодним из следующих трех способов: во-первых, напылениемнаподложку, имеющую низкую температуру (ниже этот способ называется криозакалкой), при этом получают тонкие пленки какчистых металлов, так и сплавов; во-вторых, распылением расплава или выращиванием из газовой фазы получают пленки толщи20»ной 1—5 мкм; в-третьих, закалкой из жидкого состояния сплавовтипа металл — металл и металл — металлоид; в этом случае их получают в виде ленты толщиной 20 мкм и выше.Большая часть аморфных металлов и сплавов, получаемых криозакалкой, кристаллизуется при температурах ниже комнатной,вследствие чего они утрачивают свойство сверхпроводимости.
Сдругой стороны, аморфные сплавы, составы которых близки к составу химических соединений типа А3В, получаемые методом распыления, очень хрупкие. К тому же данный способ полученияаморфных металлов не является простым и дешевым, что затрудняет его внедрение в массовое производство. В этом смысле перспективен метод закалки из жидкого состояния, в результате реализации которого получаются аморфные ленты, имеющие хорошиехарактеристики прочности и пластичности.
Насколько такие аморфные сплавы являются пластичными, можно судить хотя бы из того,что образцы лент можно деформировать изгибом с плотным прилеганием концов, или проводить холодную прокатку с обжатиями свыше 50% [6—9]. Главным образом по этим причинам исследованиясверхпроводимости аморфных сплавов, получаемых закалкой изжидкого состояния, в последнее время все больше начинают привле.кать к себе внимание. Сверхпроводники в виде тонких аморфныхпленок из металлов и сплавов, получаемые криозакалкой, подробно описаны Бергманном [10]. Пока нет обнадеживающих с точкизрения массового производства сообщений об аморфных сверхпроводниках, получаемых методом распыления. Поэтому в настоящейглаве речь пойдет главным образом об аморфных сверхпроводящихсплава* ^переходных металлов, закаленных из жидкого состояния.7.2. КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА Т с АМОРФНЫХ СПЛАВОВПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВХорошо известно, что критическая температура Тс кристаллических сплавов переходных металлов имеет максимум, когда среднеечисло электронов на один атом составляет 4,5 и 6,5.
Эту закономерность обычно называют правилом Матиаса [11].Коллвер и Хэммонд [12] методом криозакалки получили аморфные пленки различных Ad- и М-переходных металлов и исследовалиих сверхпроводимость. Они установили, что в случае аморфныхметаллов и сплавов остается лишь один широкий максимум Тс вокрестности е /а = 6,5 (рис. 7.1).
Таким образом, вид зависимости Тсот величины е/о сильно различается для случаев аморфных и кристаллических сплавов одинакового химического состава. Кроме того, в случае аморфных сплавов максимальная температура Тс значительно ниже, чем в случае кристаллических металлов. Однако,поскольку существующая теория сверхпроводимости не указываетна то, что беспорядочное расположение атомов должно приводитьк снижению Тс, по-видимому, имеется достаточная возможностьполучения аморфных сверхпроводников с высокой критической210температурой, по крайней мере, не ниже, чем у кристаллическихсверхпроводников.'Исследования сверхпроводимости аморфных сплавов, полученных закалкой из жидкого состояния, начались уже после выхода всвет работы Коллвера и Хэммонда.
В настоящее время для закалкижидкости используют следующие методы: молота и наковальни,позволящий получать дискообразные образцы, выстреливания капли, закалки на диске, позволяющийполучать ленточные образцы достаточной длины, и некоторые другие.Последний из перечисленных методов обладает рядом преимуществ,среди которых необходимо указатьна однородность получаемой ленты,возможность ее производства в больших количествах. Кроме того, этотметод позволяет не проводить механическую обработку ленты, если этоне необходимо, а сама лента пригодна для изготовления образцов дляпрецизионного измерения различных34367в9 e /trфизических свойств.(V) (Zr) (Nb) (Mo) (Tc) (Raj (pi)В табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
