Тепловое расширение германидов и силицидов переходных металлов состава Me5X3 в области магнитных фазовых превращений

Выводы.

1. Дилатометрическим методом исследован концентрационный фазовый переход пара-ферромагнетизм в твердых растворах ре^ Со) (уеу При этом обнаружено, что возникновение слабого зонного ферромагнетизма в сплавах с К 0,20 сопровождается инварными аномалиями в их коэффициентах линейного теплового расширения. Дальнейшее увеличение атомов железа (X > 0,50) приводит к исчезновению заметного отрицательного вклада в сС исследованных объектов. Последнее связано, по-видимому, с изменением магнитного упорядочения системы от слабого зонного ферромагнетизма к ферромагнетизму локализованных моментов.

2. Инварные аномалии обнаружены также и в переходной области концентраций 0 < X 0,20. Результаты дилатометрических исследований совместно с данными магнитных измерений указывают на то, что причиной указанных особенностей для этих сплавов является, наряду с отсутствием дальнего магнитного порядка, возникновение, при внедрении атомов железа, областей поляризации коллективизированных с1 -электронов матрицы Со$-, обладающих «гигантскими» магнитными моментами.

ЗАКЛКЯЕНИЕ.

Как следует из предыдущего изложения, в диссертационном исследовании с помощью разработанного автором емкостного дилатометра изучены температурные зависимости (от 4,2 до 300 К) коэффициентов линейного теплового расширения большой группы германидов и силицидов 3d ипереходных металлов со стехиометрической формулой Ме^, а также некоторых их взаимных твердых растворов (Ме~ Ме~)s. Не перечисляя подробно частных выводов, целесообразно остановиться на следующих основных результатах.

1. Установлены закономерности изменения коэффициента линейного теплового расширения с температурой в окрестности критических точек для изученных соединений и твердых растворов. Показано, что особенности поведения магнитной составляющей oL могут быть описаны логарифмическими функциями приведенной температуры.

2. Изучены зависимости с{(т) вдоль основных кристаллографических направлений в монокристаллических образцах и ^^ 1 з и установлен характер развивающихся в них магнитных фазовых превращений. Показано, что температурная зависимость магнитного вклада в оС для определяется совместным влиянием обменной и одноионной магнитострикции.

3. Обнаружено наличие корреляции между типом магнитного упорядочения и величиной, а также знаком спонтанной магнитострикции германидов РЗМ состава &-е^ .

4. Впервые исследовано влияние состава на коэффициент линейного теплового расширения взаимных твердых растворов f~ex Со • Показано, что концентрационный фазовый переход пара-ферромагнетизм в этой системе происходит через переходную область составов (0 X < 0,20) в пределах которой отсутствует дальний магнитный порядок, но формируются области магнитной поляризации, что приводит, в области низких температур, к инварннм аномалиям коэффициента линейного теплового расширения. Обнаружено, что установление слабого зонного ферромагнетизма в сплавах с X 0,20 также сопровождается инварными аномалиями ОС.

Результаты диссертационного исследования нашли отражение в следующих публикациях:

1. Бармин СЛ., Кренцис Р. Н., Гельд П. В., Севастьянов A.A. Физические свойства Mds. — ФТТ, 1981, т.23, в. II, с.3446−3448.

2. Севастьянов A.A., Бармин С. М. йдкостной дилатометр. — Свердловск, 1982. — 4с. (Препринт Свердловского ЦНТИ: В 637−82).

3. Севастьянов A.A., Бармин СЛ., Кортов C.B., Кренцис Р. Н., Гельд П. В. йлсостной дилатометр с чувствительностью 0,1. нм в интервале температур от 4,2 до 300 К. — В кн.: Ш Всесоюзное совещание по низкотемпературным теплофизическим измерениям и их метрологическому обеспечению: Тез. докл. Москва: изд. ВНШФТРЙ, 1982, с.62−63.

4. Кренцис Р. Н., Бармин С. М., Севастьянов A.A., Гельд П. В. Магнитные характеристики.

ФТТ, 1982, т.24, в.9, с.2856−2859.

5. Севастьянов A.A., Бармин С. М., Кортов C.B., Кренцис Р. Н., Гельд П. В. Влияние магнитного превращения на немагнитные свойства Се^ &-е3. — ФТТ, 1983, т.25, в.2, с.591−593.

6. Севастьянов A.A., Бармин С. М., Кренцис Р. П. Тепловое расширение германидов легких РЗМ состава • - В кн.: Четвертая Всесоюзная конференция по кристаллохимии интерметаллических соединений: Тез. докл. Львов, 1983, с.228−229.

7. Бармин С. М., Калишевич Г. И., Севастьянов A.A. Теплоемкость и тепловое расширение твердых растворов (Еех &г-х)г &-е3 при низких температурах. — В кн.: Четвертая Всесоюзная конференция по кристаллохимии интерметаллических соединений: Тез. докл. Львов, 1983, с.229−230.

8. Севастьянов A.A., Бармин С. М., Кортов C.B., Кренцис Р. П., Гельд П. В. Тепловое расширение монокристаллов &-е3 в интервале температур от 4,2 до 800 К. — ФТТ, 1983, т.25, в.12, с.3612−3616.

9. Севастьянов A.A., Бармин С. М. Использование микроЭШ «Электроника ДЗ-28» для расчета коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР)при измерениях с помощью. емкостного дилатометра в интервале 4,2−300 К. — В кн.: Научно-техническая конференция «Совершенствование способов получения и технологии обработки металлов и сплавов»: Тез. докл. Свердловск: изд. УШ, 1984, с.91−92.. .

10. Севастьянов A.A., Кортов C.B., Бармин С. М. Тепловое расширение антиферромагнетиков Mи М"5 Si. при низких температурах. — В кн.: Всесоюзный симпозиум «Неоднородные электронные состояния»: Тез. докл. Новосибирск, 1984, с.174−175.

11. Севастьянов A.A., Бармин С. М., Кренцис Р. П., Гельд П. В. Тепловое расширение германидов легких РЗМ состава &-е3 при низких температурах. — Известия вузов. Физика, 1984, № 5, с.117−119.

12. Кортов C.B., Севастьянов A.A., Бармин С. М. Природа магнитного вклада, в тепловое расширение — ФТТ, 1984, т.26, в.-6, с.1899−1901.

13. Бармин С. М., Михельсон A.B., Севастьянов A.A., Кортов C.B., Гельд П. В. Тепловое расширение монокристаллов ^и5-^î-$ • -ФТТ, 1984, т.26, в. II, с.3290−3293.

Автор выражает глубокую благодарность руководителямчлен-корреспонденту АН СССР,. профессору, д.т.н. Гельду П. В. и ст.н.с., к.ф.-м.н. Бармину.С.М. за. постановку задачи. и руководство работой, а также ст.н.с., к.ф.-м.н. Фролову A.A. за предоставление используемых в работе монокристаллов.

1. Новикова С. И. Тепловое расширение твердых тел. — М.: Наука, 1974. — 291с.

2. Barron Т.Н.К., Collins J.G., White G.K. Thermal expansion of solids at low temperatures. Advances in Physics, 1980, v. 29, N 4, p. 609−730.

3. Gallina V., Omini M. A quantum theory of thermal dilatation in solids. J. Phys. Chem. Solids, 1966, v. 27, p. 1479−1493.

4. Leibfried G., Ludwig W. Theory of enharmonic effects in crystals. Sol. St. Physics., 1961, v. 12, p. 275−444.

5. Bijl D., Pullan H. Thermal expansion of simple solids at low temperatures and GrHneisen low. Phil. Mag., 1954, v. 45,1. К 362, p. 290−294.

6. Blackman M. On the thermal expansion of solids. Proc. Phys. Soc., 1957, V. B70, N 453, p. 827−832.

7. Varley J.H.O. The thermal expansion of pure metals and the possibility of negative coefficient of volume expansion. — Proc. Eoy. Soc., 1956, v. A237, H" 1210, p. 413−421.

8. Davis H.L., Faulkner J.S., Joy H.W. Calculation of the band structure for cooper as a function of lattice spacing. Phys. Hev., 1968, v. 167, N 3, P. 601−607.

9. Wallace D.C. Theoretical calculation of the electronic thermal expansion of simple metals. J. Appl. Phys., 1970, v.41, N 13, p. 5055−5056.

10. White G.K. The thermal expansion at low temperatures Y. Dilute alloys of manganese in copper. — J. Phys. Chem. Solids, 1962, v. 23, N 1−2, p. 169−171.

11. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М.: Наука, 1976. 583 с.- 124.

12. Philp J.W., Gonano B., Adams E.D. Critical-region thermal expansion in MnCl^f^O and MnBr2*4H20. Phys. Rev., 1969, v. 188, N 2, p. 973−979.

13. Gallen E., Callen H. Magnetostriction and anomalous thermal expansion in ferromagnets. Phys. Rev., 1965, V. A139, N 2, p. 4−55−471.

14. Ford J.P. Spin glasses. Oontemp. Physic, 1982, v. 23, N 2, p. 141−156.

15. Cyrot M. Olasters and the spin-glass transitions. Sol. St. Comm., 1981, v. 39, N 9, p. 1009−1012.

16. Kortekaas T.F.M., Franse J.J.M. Thermal expansion of some Ui^Al and Ni-Pt alloys. Phys. Stat. Sol., 1977, v. A40, N2, p. 479−485.

17. Lehtinen M., Parviainen S., Stenholm H. Determination of the thermal expansion of some pseudobinary Ti (Fe, Go) compounds from 4,2 to 300 E using a three-terminal capacitance dilato-meter. Ann. Acad. Sci. Fennical, 1981, v. A6, N 427, p.1−25.

18. Greuzet G., Gampbell J.A., Smith J.L. Thermal expansion and spin density fluctuations in i^^1 161 311^ ferromag-nets. J. Physique-Letters, 1983, v. 44, N 15, L-547 — L-552.

19. Muraoka Y., Shiga M., ITakamura Y. Magnetovolume effects in Zr (Fe1-x0ox)2. J. Phys. F: Metal. Phys., 1980, v. 10, N 1, p. 127−139. 125.

20. Cizewski В. Magnetic structure of the Mn^Ge^ alloy. Phys. Stat. Sol., 1963, v. 3, N11, p. 1999;2004.

21. Lander G.H., Brown P.J. Electron density distribution in the alloy Mn^Si^. Phil. Mag., 196?, v. 16, N 141, p. 521−524.

22. Вржецеоно П. Магнитокристаллическая анизотропия интерметаллического соединения Mh^Ge^. Изв. АН СССР, Физика, 1964, т. 28, № 3, с. 601−606.

23. Lecocq Y., Laridjani M., Lecocq P. Influence respective du fer et du manganese sur les proprietes magnetiques de Mn^Ge^ et de Fe^Ge2. C.E. Acad. Sci., 1964, v. 258, N 8, p. 2344−2347. 126.

24. Lander G.H., Brown P.J., Forsyth F. В• The antiferromagnetic structure of m^Sly Proc. Phys. Soc., 1967, v. 91, N 572, p. 352−343.

25. Рудакова Н. П., Кузнецов С. И., Михельсон А. В., Сычев Н. И., Гельд П. В. Ь&гнитные переходы в твердых растворах (Mn1-xPex)5Si5 • Докл. АН СССР, 1976, т. 228, № 3, с. 582−585.. .

26. Повзнер А. А., Шейнкер М. Б., Кренцио Р. П., Гельд П. В. Магнитная структура поликристаллического Mn^Si^ между б’б и 100 К.- Изв. ВУЗов. Физика, 1978, № 5, с. 126−128.

27. Кренцис Р. П., Радовский И. З., Гельд П. В., Андреева Л. П. 0 фазовом превращении в Mn^Si^ • ЖНХ, 1965, т. 10, № 9,с. 2192−2193.

28. Радовокий И. З., Коршунов В. А., Гельд П. В. 0 магнитной восприимчивости Mn^Sij и MnSi. Изв. ВУЗов, Физика, 1965, № 3, с. 144−145.

29. Рудакова Н. П., Михельсон А. В., Кренцис Р. П., Калишевич Г. И., Гельд П. В. Слабый ферромагнетизм Mn^Si^. ФТТ, 1974, т. 16, te II, с. 3515−3518.

30. Кренцис Р. П., Бармин С. М., Севастьянов А. А., Гельд П. В. Магнитные характеристики La^Ge^, Ce^Ge^, Pr^Ge^.- ФТТ, 1982, т. 24, fe 9, с. 2856−2 859.

31. Бармин G.M., Кренцис P.П., Гельд П. В., Севастьянов А. А. Физические свойства Nd^Ge^. ФТТ, 1981, т. 23, № 11, с. 3446−3448. 127.

32. Сафонов В. Н., Гельд П. В., Сычев Н. И., Калишевич Г. И., Верещагин Ю. А. Низкотемпературные фазовые превращения в Gd^Si^, Tb5Si3, Dy5Si$. ФТТ, 1983, т. 25, № 9, с. 27 852 786.

33. Сафонов В. Н. Теплоемкость силицидов и германидов РЗМ со структурой Д8ф при низких температурах. Дисс. на соиск. ученойстепени канд. физ.-мат. наук, Свердловск, УПИ, 1984, 138 с.

34. YasukBchi К., Kanematsu К., Ohoyama Т. Magnetic properties of intermetallic compaunds in iron-germanium system: Fe^ grjGe and FeGe^.-, J.Phys.Soc. Japan, 1961, v. 16, N 3, p. 429−4-33.

35. Штольц А. К., Гельд П. В., Загряжский В. Л. Некоторые электрические и магнитные свойствафазы системы Fe~ Ge. $ММ, 1963, т. 16, в. 2, с. 198−204.

36. Белокуров E.B. Теплоемкость германидов 3d-переходных металлов типа Me^Ge^. при низких, температурах. Дисс. на соиск. ученой степени канд. физ.^мат. наук, Свердловск, УПИ, 1979, 181 с.- 128.

37. Калишевич Г. И., Шейнкер М. Е., Загряжский В. Л., Гельд П. В. Теплоемкость соединения Mn^Ge^. «$ТТ, 1971, т. 13, № 2, с. 637−638.

38. Ido Н., Takanobu S., Takcjiro К. Exchange strictions of ferromagnetic compound Mn^Ge^. J. Phys. Soc. Japan, 1970, v. 29, N 6, p. 1490−1494.

39. Гельд П. В., Михельсон А. В., Калишевич Г. И., Кренцис Р. П., Путинцев Ю. В., Судакова Н. П. Фазовые превращения в Mn^Si^. — ФТТ, 1972, т. 14, в. 3, с. 930−932.

40. Калишевич Г. И., Судакова Н. П., Михельсон А. В., Гельд П. В., Суриков В. И. Теплоемкость, Mn^Si^ и Fe^Si^ при низких температурах. ФТТ, 1974, т. 16, № 7, с. 2123″ -2125.

41. Истомина З. А., Зиновьева Г. П., Гельд П. В. Динамика решетки.

42. Mnr-Si, • Депонир. в ВИНИТИ, январь 1982, № 24−82, 12 с, 5 5.

43. Сычев Н. И. Теплофизические свойства силицидов 3dпереходных металлов с кристаллической структурой Д8д. Дисс. на соиск. ученой степени канд. физ.-мат. наук, Свердловск, УПИ, 1981, 140 с.

44. Сафонов В. Н., Бармин С. М., Сычев Н. И., Калишевич Г. И. Низкотемпературные теплоемкости соединений R.-Ge2 (R = La, 5 р

45. Gd, ТЪ, Dy, 1д1). В кн.: Неоднородные электронные состояния: Тез. докл. Всесоюзного симпозиума. Новосибирск, 1984, с. 170−171.

46. Thomson А. М* The precise measurement of small capacitances.

47. J.R.E. Trans. Instrum., 1958, v.7, N -3−4, p. 245−253.

48. Амитин Е. Б., Ковалевская Ю. А., Набутовская О. А. Высокочувствительный дилатометр с мостовой схемой измерения емкости. -ПТЭ, 1981, В 4, с. 207−209.

49. Зисман А. Н., Качинский В.Н." Меховицкий В. А, Стишов С. М. .Дилатометрическое исследование критических явлений при сег" нетоэлектрическом фазовом переходе в SbSi. «ЖЭТФ, Г979, т. 77, в. 2, с. 640~652.

50. White G.K. Measurement of thermal expansion at low temperatures. Cryogenics, 1961, v. 1, И" 1, p. 151−158.

51. Lyon K.G., Salinger G. L, Swenson C.A., White G.K. Linear thermal expansion measurements on silicon from 6 to 340 K. -J. Appl. Phys., 1977, v. 48, N 3, p. 865−868.

52. White G.K. Thermal expansion of magnetic metals at low temperatures. Proc. Phys. Soc., 1965, v.86, N 1, p. 159−169.

53. Pott R., Schefzyk. Apparatus for measuring the thermal expansion of solids between 1.5 and 380 K. J. Phys. E: Sci. Instrum., 1983, v.16, N 5, p. 444−449.

54. Васильев C.H. Предельная чувствительность абсолютного дилато"" метра. ВМУ, физика, астрономия, 1980, т.21, $ б, с. 83"86.

55. Bean C.R., Rodbell D.S. Magnetоvolume effects in ferromagnets Phys. Rev., 1962, v. A126, U 1, p, 104−115.

56. Bloch D., Pauthenet R. Variation avec la pression des points de Curie de Gd et Mn^Ge^ du point de compensation de 5Fe203*3Gd203. C.R. Acad. Sci., 1963, v. 256, II 8, p.1222−1227. 130.

57. Бурханов А. М., Смородинский Л. Г., Факидов И. Г. Температурная зависимость сжимаемости магнетиков на основе модели Бина-Родбелла. ФТТ, 1976, т. 18, Ш 2, с. 465−468.

58. Matsunaga М., Yoshikazu I., Hakajiama Т. Magnetо-volume effect in the weak itinerant ferromagnet MnSi. J. Phys. Soc. of Japan, 1982, v. 51, К 4, p. 1153−1161.

59. Белов К. П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980. «239 с.

60. Tawara Y., Sato К. On the magnetic anisotropy of single crystal of Mn^Ge^.-J.Phys.Soc. of Japan, 1963, V.18,H 6, p.773−777.

61. Sato K., Adachi K., Tawara Y. On the magnetic properties of Mn^Ge^. Mem. Рас. Engng. Nagoya Univ., 1967, v.19, N 1, p. 167−170.

62. Сalien H., Callen E. The present status of the temperature dependence of magnetоcrystalline anisotropy, and the 1(1+1)/2 power law. J. Phys. and Chem. Solids, 1966, v. 27, Ж 8, p. 1271−1285.

63. Мейзер К. И., Кренцис P.П., Фролов A.A., Гельд П. В. Анизотро" гшя кинетических коэффициентов Mn^Si^. ФТТ, 1973, т. 15, № 10, с. 3123−3125.

64. Истомина З. А., Зиновьева Г. П., Андреева Л. П., Гельд П. В., Михельсон А. В. Упругие характеристики Mn^Si^ в диапазоне температур 20*400 К. «ФТТ, 1980, т.22, № I, с. 281−283.

65. Истомина З. А. Упругие и магнитоупругие характеристики Mn Si^ и твердых растворов на его основе. Дисс. на соиск. ученой степени канд. рз.^ат. наук, Свердловск, УПИ, 1982, 144 с.

66. Севастьянов А. А., Бармин С. М., Кренцис Р. П., Гельд П. В. Тепловое расширение германидов легких РЗМ состава R5Ge3 при низких температурах. Изв. ВУЗов, Физика, 1984, № 5, с. II7-II9.

67. Бармин С. М., Кренцис Р. П., Гельд П. В., Севастьянов А. А. Физические свойства Ha5Ge3. «фтТ, 1981, т.23, № И, с. 3446−3448. 131.

68. Бармин С. М., Кренцис Р. П., Гельд П. В., Баталин В. Г. Тепловое расширение германидов РЗМ со структурой Д8д. ФТТ, 1979, т. 21, № 10, с. 3174−3176.

69. Rodes P., Wholfarth Е.Р. The effective Curie-Weiss constant of ferromagnetic metals and alloys. Proc. Roy. Soc., 1963, v. A273, N 1353, p. 247−258.

70. Wohlfarth Е.Р. The invar problem. IEE Tranc. Mag., 1975, v. MAG-11, N б, p. 1638−1647.85″ «Vogt E. The transition region from paramagnetism to ferromagne-tism of the transition metals and their alloys. Phys. Stat. Sol., 1972, v. B50, II 2, p. 653−660.

71. Wohlfarth E.P. Ferro-magnetic materials. Amsterdam-New York-Oxford: North-Holland Pyblishing company, 1980, v. 1, 633 p.

72. Low G.G., Holden T.M. Distribution of the ferromagnetic polarisation induced by iron and cobalt atoms in palladium. -Proc. Phys. Soc., 1966, v. 89, N 563, p. 119−127.

73. Treutmann W. Magnetische untersuchungen am isoelektronischen Legierungssystem Pslladium-Platin. Z. angew. Phys., 1970, N 30, S. 5−8.

74. France J.J.M. Magnetovolume effects in transition metal alloys near the critical composition for ferromagnetism. J. Magn. and Magn. Mater., 1979, v. 10, N 1, p. 259−264.

75. Geerken B.M., Nieuwenhuys G.J. Thermal expansion of (giant) PdMn and (RKEY) 0 PdHMn spin glasses. Physica, 1983, v. BC115, N 1, p. 5−9.

76. Fawcett E., McWhan D.B., Sherwood R.C., Sarachik M.P. Strain dependence of exchange interactions in dilute PdFe alloys and in pure Pd. Sol. St. Commun., 1968, v.6, N 7, P- 509−513.

77. Kubmann A., Jessen K. Magnetische und dilatometrische Messungen zur Umwandlungskinetik der Eisen-Palladium-Legierungen. — Z. Metallk., 1963, B. 54, N 9, S. 540−510.