Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА
ПЕРВОГО РОДА В АРСЕНИДЕ МАРГАНЦА 9
Магнитные и кристаллические свойства арсенида марганца и сплавов на его основе 9
Обменно-стрикционная модель Вина и Родбелла и
ее значение 15
1.3. Учет структурных искажений при рассмотрении
фазовых переходов в различных теоретических
моделях 29
Феноменологическая теория фазового перехода в арсениде марганца с двумя параметрами порядка . 33
Постановка задачи 43
2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ 45
Весовой метод измерения магнитных свойств ... 45
Индукционная методика магнитных измерений ... 49
Методика рентгеновских измерений под давлением. 51
Камера для рентгеновских исследований при низких температурах 54
Приготовление образцов 56
3. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ АРСЕНИДА МАРГАНЦА ПОД
ДАВЛЕНИЕМ 58
3.1. Влияние структурных искажений на характер
фазового перехода 58
3.2. Соотношение энергий магнитных и структурных
подсистем при формировании фазового перехода
первого рода в арсениде марганца 60
стр.
3.3. Построение фазовых Р-Т-диаграмм для различного соотношения магнитного и структурного вкладов в термодинамический потенциал. ... 61
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ФАЗОВОГО
ПЕРЕХОДА ПЕРВОГО РОДА В ЦпАв 78
Рентгеновские исследования структурных переходов в сплавах системы ПП 11 fis 79
Результаты изучения кристаллической структуры сплавов системы М/1 Т/ /1 81
не с ^
4.3. Фазовые переходы в системе Mn. Ті As
в отсутствие структурных искажений 88
4.4. Влияние магнитострикции и структурных иска
жений на ширину гистерезиса при фазовом пе
реходе 93
5. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ИСКАЖЕНИЙ НА МЕХАНИЗМ ФАЗОВОГО
ПЕРЕХОДА В ФЕРРОМАГНИТНОЕ СОСТОЯНИЕ 95
5.1. Явление зародышеобразования и магнитострикци-
онная блокировка неоднородного состояния в
М r\ AS ПРИ Фазовом переходе 95
5.2. Теоретическая модель зародышеобразования при
фазовом переходе ПМ—*-ФМ, учитывающая струк
турные искажения 98
5.3. Фазовая Р-Т-диаграмма "П 00ге, п . . 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
ЛИТЕРАТУРА 119
Введение к работе
Состояние вопроса. Актуальность темы работы. Фазовые переходы в магнитных веществах являются классическими примерами переходов второго рода. Однако к настоящему времени обнаружены довольно многочисленные случаи магнитных фазовых переходов первого рода [і]. Обычно такие переходы первого рода объяснялись в рамках теории Ландау [2] с одним параметром порядка (намагниченностью) действием различных специфических сил в кристалле.
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о существовании тесной связи между магнитными и структурными свойствами магнетиков. При магнитном фазовом переходе первого рода изменения магнитных характеристик хорошо коррелируют с такими изменениями кристаллической структуры, как симметрия кристаллической решетки, размеры элементарной ячейки и т.д. Поэтому отличия в поведении термодинамических величин, описывающих фазовый переход реальных и простых модельных систем, могут быть связаны с взаимодействием магнитного параметра порядка со структурным в реальных кристаллах.
В последние годы проблема взаимодействия параметров порядка стала актуальной [з/. Интерес к фазовым переходам в системах с двумя или более взаимодействующими параметрами порядка основан на большом разнообразии свойств таких веществ. В то же время теоретическое описание указанных фазовых переходов оказывается весьма затруднительным. С научной точки зрения решение вопроса взаимосвязи магнитных и структурных свойств является важным этапом в построении теории магнитных фазовых превращений первого рода.
В связи с вышеизложенным исследования магнитных фазовых пе-
реходов в арсениде марганца и сплавах на его основе, тесно связанных с особенностями их кристаллической структуры, представляет несомненный интерес. Целью работы поэтому явилось:
Выяснение природы фазового перехода первого рода в арсениде марганца и сплавах на его основе.
Теоретическое и экспериментальное исследование особенностей магнитного фазового перехода, непосредственно связанных со структурными характеристиками изучаемых веществ.
На защиту выносятся следующие результаты и научные положения:
В рамках термодинамической теории фазовых переходов с двумя взаимодействующими параметрами порядка (намагниченностью и структурными искажениями) построена фазовая Р-Т-диаграмма арсенида марганца. Показано, что имеющая место в Mnfls нелинейная зависимость температуры фазового перехода первого рода от давления, а также критическое давление, ограничивающее области существования ферромагнитного (ФМ) состояния, являются следствием влияния структурных искажений на магнитный фазовый переход. Следствием влияния структурных искажений является также отсутствие границы лабильности парамагнитной (ИМ) ромбически искаженной фазы.
Проведены экспериментальные исследования природы фазового перехода первого рода, в результате которых удалось однозначно установить, что механизмом, отвечающим за существование данного фазового перехода, является обменно-стрикционный механизм. Проанализирована роль структурных искажений в формировании изучаемого перехода. Показано, что влияние структурных искажений сводится к довольно значительным изменениям характеристик этого перехода.
3, Экспериментально изучена фазовая Р-Т-диаграмма соедине
ния Мп0дд Ftooi fts . Рентгеновским путем исследовано пове
дение параметров кристаллической решетки Мподд Feooi As при
фазовых переходах из антиферромагнитной (А) в Ш- и далее в
ПМ^-фазу. Обнаружено, что при переходе АФ-ФМ симметрия кристал
лической решетки повышается, а увеличение объема элементарной
ячейки составляет 11,1$. Изменения кристаллической структуры
образцов WnoggFeooifls и ҐІпД$> при переходе ФШ-Ш анало
гичны.
4. Предложена новая модель зародышеобразования при переходе
из парамагнитного в ферромагнитное состояние в арсениде марган
ца. Она основана на предположении, что ромбические искажения
решетки, возникающие в ПМ-фазе, не являются однородными, а об
разуют некую "доменную" структуру. При этом ферромагнитный за
родыш образуется внутри "доменной" границы, разделяющей два до
мена с противоположным значением параметра порядка, характери
зующим искажения решетки.
Эти результаты, полученные впервые в настоящей работе, являются существенно новыми.
Научная и практическая ценность работы определяется следующим:
Полученные результаты способствуют углублению представлений о природе магнитных фазовых переходов, в частности, переходов, вызванных большой величиной обменной стрикции, которая приводит затем к изменению симметрии кристаллической решетки.
Доказанная в работе взаимосвязь между магнитными и структурными свойствами вещества может быть использована для изменения его магнитных характеристик путем воздействия на его кристаллическую структуру "внешних" сил: температуры, давления, легирования, другая сторона этой связи состоит в том, что изменяя
магнитные свойства, например, воздействуя на образец магнитным полем, можно управлять его кристаллической структурой, а, следовательно, изменять механические и прочностные свойства магнетиков.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Ш, У, УІ научных семинарах "Влияние высоких давлений на вещество" (Кацивели, 1978, 1981; Канев, 1982) и на 2УІ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (^ула, 1983).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения.
В первой главе обобщены известные теоретические и экспериментальные исследования фазовых переходов в арсениде марганца. Здесь описаны кристаллографические и магнитные свойства арсени-да марганца и сплавов на его основе. Широко представлена дискуссия по вопросу о первопричинах фазового перехода первого рода из парамагнитного в магнитоупорядоченное состояние. Большое внимание уделено обменно-стрикционной модели Бина и Родбелла, основное предположение которой послужило базой для построения термодинамической теории фазового перехода первого рода в арсениде марганца.
Во второй главе описана методика приготовления образцрв. Подробно рассмотрена аппаратура для проведения измерений кристаллографических характеристик изучаемых веществ в широком диапазоне температур с использованием давления. Представлены методы изучения магнитных характеристик образцов.
Третья глава посвящена теоретическому рассмотрению механизма фазового перехода первого рода. Построены фазовые Р-Т-диа-граммы для двух случаев, когда природа фазового перехода определяется либо обменно-стрикционным, либо обменно-структурным механизмом. Проведено сравнение расчетных Р-Т-диаграмм с экс-
периментальной диаграммой арсенида марганца. Поскольку выводы, полученные в третьей главе, нуждались в экспериментальной проверке, четвертая глава содержит результаты экспериментального исследования кристаллической структуры сплавов системы Мп Ті /Is. в которой путем последовательного замещения атомов Мп атомами Ті можно изменять степень искажения кристаллической структуры и тем самым установить причины, ответственные за характер фазового перехода в арсениде марганца. В пятой главе изложены результаты экспериментального исследования особенностей фазовой Р-Т-диаграммы арсенида марганца на примере соединения ^noggFeooi fts . Предложена модель процесса зародышеобразования при фазовом переходе первого рода Ш-ПМ, учитывающая наряду с большой величиной обменной стрик-ции ромбические искажения кристаллической решетки, сопровождающие магнитный фазовый переход.
