Введение к работе
В настоящее время в мировой литературе идет интенсивное накопление данных о структуре и физических свойствах наноструктурированных материалов. К этом}' новому юіассу веществ относятся нанокристаллические (НК), нанофазные сплавы, мультислойные и гранулированные структуры, получаемые различными технолопгческими приемами. Известно, что НК обладают высокой плотностью дефектов, избыточным объемом на атом, а следовательно, избыточной свободной энергией Гиббса, что приводит к стабилизации в наноструктурироваином состоянии новых метастабильных фаз. Безусловный интерес вызывают нанокристаллические ферромагнитные сплавы группы железа в ситу существования в этих материалах мапгн-тообъемных эффектов. Так величина атомного объема в Fe определяет как реализацию той или иной атомной структуры, так и основные магнитные параметры, свойственные данной структуре. Помимо фундаментального интереса это направление исследований имеет и практическую значимость - область потенциальных приложений нашструктурированных материалов увеличивается с каждым годом.
В Институте физики СО РАН (г. Красноярск) создан новый метод-им-пульсно-плазмегаюго испарения (ИЛИ), позволяющий получать нанокристаллические пленки Fe, Со, содержащие до 30 ат.% С[1]. Изучению структуры данных пленок уже посвящен цикл работ, в которых развивается идея о кластерном строении металлических пленок Fe, Со [2]. По мнению авторов цитируемых работ, при нагревании в области Т= 150-300 С в паїгокристаллических пленках Fe, Со осуществляется взрывная іфисталлизация [3], которая приводит к формированию атомно-упорядоченных областей. Эти области состоят из когерентно ориентированных друг относительно друга кластеров металла, окруженных углеродной ''шубой". В случае пленок Fe ядро каждого кластера представляет собой кубооктаэдр ГЦК-Fe, вписанный в систем}' параллельных друг другу атомных плоскостей типа (211) OUK-Fe [4]. Кластеры Со имеют двойшгкованнуго ГПУ структуру. Плоскость двойиикования (0001) [3]. К сожалению, авторы цитируемых работ исключали возможность образо-
ваши метастабилыых твердых растворов Fe(C), Со(С). Более того, ранее предложенная ісластерпая модель не может объяснить всего многообразия неожиданных магнитных свойств нанокристаллических пленок Fc, Со.
-
Измерить основные магнитные характеристики метастабильных состояний, реализующихся в ітнокристаллических пленках Fe, Со, полученных методом ИЛИ.
-
Идентифицировать атомную и химическую структуру метастабильных состояний Fe, Со и выявить связь между магнитными свойствами и особенностями структуры.
-
Исследовать магнитные неоднородности нанокристаллических пленок Fe методом сгпш-волновой спектроскопии.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА предлагаемой диссертационной работы заключается в установлешш исходного фазового состава метастабилыых сплавов, идентификации структур, возникающих при релаксации исходного мета-стабильного состояния, установлешш связи между параметрами методики ИЛИ и фазовым составом получаемых пленок. Анализ последовательности структурных превращений в метастабильных нанокристаллических сплавах проводится на основе измерения таких фундаментальных магнитных характеристик как константа обменного взаимодействия А, намагниченность насыщения М, температура Кюри Тс, поле кристаллографической анизотропии На, а также с привлечением метастабильных фазовых диаграмм Fe-C, Со-С.
С помощью методики спин-волновой спектроскопии, основанной на экспериментальном исследовании дисперсионного закона для спиновых волн в неоднородных тонких пленках методом спин-волнового резонанса, показано, что доминирующими флуктуациями в исследуемых шіенках сплава Fe(C) являются флуктуации намагниченности. Это отличает данные сплавы Fe(C), являющиеся твердыми растворами внедрешм, от сплавов аначогов системы переходной металлов, Со)-металлоид (В, Р, 8і)-твердьіх растворов замещения, в которых ранее регистрировались только флуктуации обмешюго взаимодействия.
Дшиые положения совместно с экспериментальныаш результатами выно-
сятся автором на защиту.
Измерены фундаментапьные мапштные характеристики: константа обменного взаимодействия, памагшічеішость пасыщешм, температура Кюри, поле локальной кристаллографической анизотропии метастабігаьньїх структур ГЦК Fe(C), ГПУ Fe(C), что представляет особый интерес для исследоваши мапштообъемных эффектов в железе и его сплавах.
Экспериментально показано, что неоднородное распределение атомов С в твердом растворе Fe(C) приводит к флуктуациям намагниченности.
Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на конференциях различного уровня: "'Новые Магнитные Материалы Микроэлектроники- XV", XV Всероссийская школа-семинар, 18-21 июня 1996г., Москва; "Новые Магнитные Материалы Микроэлектроишш- XVI" XVI международная школа-семинар, 23-26 июня 1998г., Москва; Moscow International Symposium on Magnetism, June 20-24, 1999, Moscow, Межрегиональная конференция с международным участием, Красноярск, 17-19 декабря 1996г.; Вторая межрегионалшая конференция с международным участием (Ставеровские чтения). Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы, Красноярск, 5-7 октября 1999 г.
Диссертация состоит из введеши, четырех глав и заключения. Содержание работы изложено на 99 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 7 таблиц и списка литературы из 73 наименований.