Введение к работе
Актуальность темы. Интерметаллические соединения редкоземельных (R) и Зсі-переходньїх элементов образуют один из важнейших классов магнитных материалов. Они нашли широкое применение в различных областях современной техники, например, на основе соединения Nd2Fei4B получены постоянные магниты с рекордными максимального энергетического произведения до 53 МГс-Э (420 кДж-м"3).
С точки зрения физики магнитных явлений R-3d интерметаллиды также представляют большой интерес, поскольку позволяют изучать взаимодействие двух магнитных подсистем различной природы, образованных локализованными 4г"-злектронами R ионов и зонными 3d-электронами.
Интересным объектом для изучения магнитных свойств 4f- и 3 d-подсисгем являются соединения с тетрагональной кристаллической структурой типа ТЬМпі2. В ряду R-3d интерметаллидов соединения с такой кристаллической структурой существуют лишь с некоторыми переходными металлами и не образуются с наиболее интересными в магнитном плане железом, кобальтом и никелем. Известно, что в соединениях R(Fe,T)u структуру типа ThMn^ можно стабилизировать, добавляя небольшое количество переходного металла с малым ионным радиусом Т - Ті, V, Mo, W, Cr, Si. Некоторые из соединений такого типа, например, RFenTi имеют перспективы практического использования в качестве материала для постоянных магнитов, так как обладают достаточно высокими величинами намагниченности насыщения, поля анизотропии и температуры Кюри.
Благодаря особенностям кристаллической и магнитной структуры соединеши типа RFenTi являются удобными для исследования ряда фундаментальных проблем физики магнштгых явлений. Магнитная анизотропия железной подрешетки в соединениях RFenTi сравнима по величине с анизотропией редкоземельной подрешетки, поэтому в этих соединениях них наблюдается большое разнообразие магнитных структур и спин-переориентационных фазовых переходов, результаты экспериментального изучения которых могут быть использованы для проверки основных положений теоретических моделей.
В данной работе в качестве объектов исследования были выбраны соединения типа TbFeU-xCoxTi и Tbj.iFen-xCoxTi. Соединение TbFenTi имеет самую высокую температуру магнитного фазового перехода из всей группы сплавов RFenTi, что позволяет подробно исследовать явле-
ниє спиновой переориентации, не прибегая к дорогостоящим криогенным методам исследования. Изучению магнитных свойств соединения Tb FeuTi посвящен ряд экспериментальных работ, однако до настоящего времени нет единого мнения относительно типа и температуры магнитного фазового перехода, который имеет место в этом соединении. Кроме того, практически отсутствуют экспериментальные данные о влиянии замещения железа кобальтом на магнитные свойства системы Tb FeuTi. Замещая часть железа на кобальт, можно проследить, как изменяется намагниченность, характер анизотропии и тип магнитного перехода в зависимости от концентрации За!-металлов и температуры и сделать вывод о влиянии гюдрешеток железа, кобальта и титана на магнитную анизотропию соединений TbFeu.xCoxTi и TbuFeu.xCoxTi.
Одним из актуальных, но пока мало изученных, является вопрос о перестройке доменной структуры в области магнитных фазовых переходов. Только в последние годы была исследована доменная структура монокристалла Nd2Fei4B в области низких температур, где в соединении наблюдается спин-переориентационный переход типа "легкая ось" -"легкий конус"[1]. Эксперименталыше данные о доменной структуре магнетиков с анизотропией типа "легкая плоскость" практические отсутствуют. Многие вопросы о перестройке доменной структуры в области фазовых переходов успешно решались теоретически. Однако достоверность и полнота теоретического описания вида доменной структуры, процессов ее перестройки и влияния на свойства реальных образцов связаны с решением сложных уравнений с учетом большого числа количественных параметров. Поэтому накопление экспериментальных данных о реальном поведении доменной структуры в области магнитных фазовых переходов не только расширяет представления о действительных механизмах формирования свойств магнетиков разной симметрии и развивает теорию процессов намагничивания и перемагничивания, но и позволяет более полно выявить физическую природу изучаемых магнитных фазовых переходов.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы являлось проведение систематических исследований магнитных свойств и доменной структуры соединений Tb Fen-xCoxTi и TbijFen.xCoxTi в широком интервале температур.
В связи с этим были поставлены следующие основные задачи: синтезировать монокристаллы интерметаллических соединений типа Tb Feii.xCoxTi и Tbi,iFen-xCoxTi с различной концентрацией кобальта,
провести систематическое изучение магнитокристаллической анизотропии в интервале температур 77-600 К,
определить тип спин-переориентационных фазовых переходов и их температурные интервалы, построить магнитные фазовые диаграммы в координатах "температура" - "концентрация", исследовать доменную структуру образцов с различным типом анизотропии, а также ее перестройку при магнитных фазовых переходах.
Научная новизна. Проведены систематические исследования магнитных свойств монокристаллов Tb Fen.xCoxTi и Tb^Fen-xCoxTi с тетрагональной кристаллической структурой типа ThMn12. Измерены кривые вращающих моментов в интервале температур 77-600 К, рассчитаны константы магнитокристаллической анизотропии, определены типы сгога-переориентационных переходов, их температурные интервалы и построены магнитные фазовые диаграммы в координатах "температура" - "концентрация".
Выполнены исследования доменной структуры на базисной и призматической плоскостях монокристаллов Tb Feu.xCoxTi и TbiiFeu.xCoxTi с несдноосной магнитокристаллической анизотропией при комнатной температуре. Изучен характер перестройки доменной структуры образца Tb Fe5Co2Ti в интервале 4,2-300 К, рассчитаны зависимости плотности энергии 90 и 180-ных доменных границ от их ориентации относительно кристаллографических направлений и предложена модель перестройки доменной структуры е процессе магнитного фазового перехода.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся результаты исследования магнитокристаллической анизотропии, фазовых переходов и доменной структуры тетрагональных соединений типа Tb Fen-xCoxTi и TbiiFeu.xCoxTi в широком температурном интервале.
Практическая значимость. Разработана технология получения монокристаллических образцов массой до 100 мг на основе интерметаллических соединений типа R-Fe-T. Усовершенствована методика определения констант магнитокристаллической анизотропии для образцов с высокими полями анизотропии. Разработана методика подготовки поверхности металлографических шлифов для снятия напряженного поверхностного слоя.
Полученные экспериментальные данные использовались при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ. Результаты исследований могут быть применены при разработке ряда принципи-
ально новых устройств, основанных на явлении спиновой переориентации.
Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на XII международной конференции по постоянным магнитам (г. Суздаль, 1997), X международном симпозиуме по магнитной анизотропии и коэрцитивное в сплавах редкоземельных и переходных металлов (г. Дрезден, 1998), XVI международной школе-семинаре "Новые материалы микроэлектроники" (Москва, 1998), Европейской конференции по магнетизму и магнитным материалам ЕММА-98 (г. Сарагоса, 1998).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано двенадцать печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 4 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 142 наименования.