2.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...................................................4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ..................8
1.1.. Физические модели перехода антиферромагнетик-ферромагнетик (АФ - Ф)....................................8
1.1.1. Термодинамические аспекты фазовых переходов....8
1.1.2. Фазовые переходы в системах с двумя параметрами порядка..................................................II
1.1.3. Физические модели концентрационного фазового перехода (к.ф.п.) АФ - Ф в сплавах
(Р^1-х)Зре и ^"Л-х.............................. 19
1.2. Экспериментальные результаты по теплоемкости и
тепловому расширению сплавов при к.ф.п. АФ - Ф...30
1.2.1. Сплавы Ре -М«. ................................ 30
1.2.2. Сплавы Реб5( ^1_ХМ^)35...........................33
1.2.3. Сплавы Ре - Сг ..................................36
1.2.4. Сплавы Ре65^5_ХСГХ ..............................^9
1.2.5. Сплавы Р1 - Сг...................................39
1.2.6. Электронная теплоемкость слабо Ф и АФ сплавов..40
1.2.7. Сплавы (Р^^-х^6 и Р*зМпхРе-[_х ...................40
1.3. Постановка задачи..........'....................... 43
2. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРШЕНТА..............................44
2.1. Приготовление и аттестация образцов.............44
2.2. Методика калориметрических измерений............45
2.3. Методика дилатометрических измерений............52
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ................................60
3.1. Низкотемпературная теплоемкость (Ро^Р*1_х)зРе 60
3.2. Теплоемкость вблизи температур фазовых переходов.64
3.3. Тепловое расширение (Р^хР11-хЬре......................^
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...................................77
4.1. Поведение электронной и решеточной теплоемкости
в сплавах (Р^хР1>1-х^Зре............................77
4.2. Поликритическое поведение магнитной теплоемкости
в сплавах (Р^Р^х^е и Р^Ии^Ре^....................79
4.3. Магнитный вклад в тепловое расширение сплавов
»■‘Л-х’зР'*.........................................85
4.4. Фазовая диаграмма магнитного состояния сплавов
и Р*3М"Л-х............................89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................99
ЛИТЕРАТУРА.........................................-....101
4.
ВВЕДЕНИЕ
Среди многочисленных задач физики твердого тела существует проблема создания материалов с заданными физическими свойствами. На практике самое широкое применение находят сплавы с концентрационным фазовым переходом (к.ф.п.) антиферромагнетик-ферромагнетик (АФ - Ф). Это, прежде всего, хорошо известные железо - никелевые (инварные) сплавы. Оказывается, что наиболее замечательные особенности физических свойств обусловлены наличием конкурирующего (смешанного) обменного взаимодействия и наблюдаются в переходной области концентраций. В то же время, природа этой переходной области до сих пор не ясна. В сплавах типа Ре -А/с состояние этой области характеризуется как состояние спинового стекла, в сплавах (Р^х^х-х^з?6* ^3^пх^е1-х на нейтР°~ нограммах наблюдаются когерентные как ферро-, так и антиферро-
магнитные рефлексы, свидетельствующие о существовании угловых структур. Причем, всюду отмечается неоднородность магнитного состояния сплавов переходной области. Паспортом магнитного состояния сплавов служит фазовая диаграмма. Как теоретически, так и экспериментально вопрос о диаграммах магнетиков с к.ф.п. АФ-Ф ещё не решен. Существует неопределенность трактовки магнитного состояния сплавов вблизи точки пересечения линий фазовых переходов АФ и Ф подсистем. В настоящее время отсутствуют систематические экспериментальные данные по тепловым (термодинамическим) величинам в области такого к.ф.п..
Переходы по концентрации от АФ к Ф состоянию реализуются на многих сплавах. ГЦК сплавы Ре -А/* - Ни, Ре -Л - Сг, ОЦК сплавы Ре - Ои др. тщательно изучались комплексом магнитных, нейтронографических, электрических и в последнее время низкотемпературных термодинамических методов. Научный интерес этих исследований связан с проблемой инварности сплавов, практичес-
5.
кий - с созданием материалов ^особыми тепловыми свойствами.
Сплавы (Р^х^1-х^3^е и ^З^Ьс^Х-х* где магнитоактивные атомы Ре и Ми. , находясь в углах граней ГЦК решетки, эффективно образуют простую кубическую (ПК) решетку, на практике сами не применяются, но служат прекрасными модельными объектами по своим относительно простым и хорошо изученным структурным, магнитным и магнитоструктурным характеристикам. Твердые растворы во всей области концентраций, АФ при х = 0 и Ф при х = I, были предметом нейтронографичесщк, электрических и магнитных исследований как в нашей стране, так и за рубежом. Однако, до сих пор не были проведены исследования тепловых свойств при к.ф.п. на таких модельных системах с ПК магнитной решеткой во всём интервале концентраций. Важность исследования сплавов переходной области для теории сплавов со смешанным обменным взаимодействием определяет его актуальность.
Цель работы заключается в изучении влияния магнитного состояния модельных сплавов при к.ф.п. на тепловые свойства как при низких температурах, так и при температурах фазовых переходов. С этой целью решались следующие задачи:
1. Измерение температурных зависимостей теплоемкости при низких температурах и вблизи температур магнитных фазовых переходов сплавов (Р^х^1-х^3^е и ^3^\^е1-х*
2. Измерение температурных зависимостей коэффициента теплового расширения (КТР) сплавов выделение магнит-
ного вклада.
3. Нахождение общих закономерностей поведения магнитной части теплоемкости и КТР этих сплавов, сопоставление с их магнитным состоянием, сравнение с тепловыми свойствами других сплавов с к.ф.п. АФ - Ф.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проведены систематические измерения термодинамических величин -
теплоемкости, КТР на сплавах (Р^х^*1-х^3^е и ^3^*х^е1-х ПРИ к.ф.п. в широком интервале температур и для всей области составов. Полученные данные по низкотемпературной теплоемкости позволили определить концентрационную зависимость коэффициента электронной теплоемкости. Обнаружено, что для изоэлектронных
)дРе этот коэффициент слабо зависит от концентрации при смене типа дальнего магнитного порядка.
Магнитная часть теплоемкости сплавов (Р^хР^х-х^3^е и ^З^х^-х антиФеРРомагнитной подсистемы обнаруживает поликри-тическое поведение при приближении к границе переходной области. Из КТР сплавов (Р^х^1-х^3^е выДелен магнитный вклад, который положителен и коррелирует с магнитной частью теплоемкости, с параметром Грюнайзена приблизительно равным 3 для всей области составов.
Из анализа полученных результатов и литературных данных по этим сплавам сделан вывод о том, что в атомноупорядоченных сплавах со смешанным обменным взаимодействием, где к.ф.п. АФ-Ф происходит через область с сосуществованием дальнего ферро- и антиферромагнитного порядка, отсутствуют инварные аномалии тепловых свойств (большой линейный по температуре вклад в низкотемпературную теплоемкость, отрицательный магнитный вклад в тепловое расширение). По совокупности имеющихся экспериментальных данных дополнена фазовая диаграмма магнитного состояния сплавов с указанием особых точек и типа линий фазовых переходов.
Практическая ценность работы заключается в том, что общие закономерности поведения магнитной части теплоемкости, полученные для модельных систем с ПК магнитной решеткой, несомненно будут иметь место и в других сплавах с к.ф.п. АФ - Ф, отражая их магнитное состояние. Отмеченное в работе отличие поведения тепловых свойств сплавов с ГЦК решеткой и магнитным состоянием переходной области типа спинового стекла от тепловых свойств иссле-
сплавов (Р^х^Т-х
дованных нами сплавов может служить индикатором магнитного состояния мало изученных сплавов. Кроме того, данные по теплоемкости и коэффициенту теплового расширения могут служить справочным материалом и имеют непосредственное практическое значение. Отмеченные в работе особенности переходной области использованы в предложенной схеме к.ф.п., где переход от АФ к Ф осуществляется как переход первого рода через область расслоения. Эти данные имеют как научное, для построения теории и обобщенней на другие сплавы, так и большое практическое значение для выбора материалов из переходной области составов.
Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 14, 15, 16 Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Харьков 1979 г., Пермь 1981 г., Тула 1983 г.), на Всесоюзном симпозиуме по "Неоднородным электронным состояниям" (Новосибирск 1984 г.) и опубликованы в 4 статьях и 4 тезисах докладов.
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Физические модели перехода антиферромагнетик -ферромагнетик (АФ - Ф)
1.1.1. Термодинамические аспекты фазовых переходов
Для описания фазовых переходов обычно пользуются классификацией Эренфеста [•*•], в которой порядок перехода определяется порядком производной термодинамического потенциала £-(потенциал Гиббса) по какому-либо параметру, которая первая испытывает скачок (разрыв) в точке перехода. При переходе второго рода происходит разрыв вторых производных &■ , т.е. (Эгс^ -теплоемкости, С^'/Эр^)т =/т - изотермической сжимаемости, а также (Ъ ®"/ЭрЭТ) = оС- коэффициента теплового расширения,рис.I. Однако, конечный скачок Ср и с(, который характеризует класс переходов второго рода, наблюдается лишь у очень немногих систем. К Эренфестовскому типу переходов второго рода совершенно * определенно можно отнести переход из сверхпроводящего состояния в нормальное, например,в олове.
Пиппард предложил более детальную классификацию фазовых переходов, чем у Эренфеста [2] , рис.2. Каждый из эренфестовс-ких переходов второго и третьего рода он предложил подразделять на четыре типа. Типы 2 и 3 на рис.2 являются обычными переходами Эренфеста; для типов 2а и За характерны бесконечная ЛС/^Т
р
и конечная Ср по одну сторону от точки перехода; типы 26 и 36
имеют бесконечную ЫСМП и конечную С по обе стороны перехода;
Р Р
обоим типам 2в и Зв отвечает бесконечная в точке перехода. Скачок С^, конечный или бесконечный, характеризует переходы второго рода всех типов, тогда как переходы третьего рода сопровождаются лишь разрывом о1с /о1Т.
Р
9.
Г
Рис. I. Фазовые переходы по Эренфесту: А)-переходы первого рода, Б) - переход второго рода [П.
* / -3*
Л А А к
3 За 36 /д6\
-I
Рис. 2. Кривые зависимости от Т для различных типов фазовых переходов пр Пиппарду : 1,2,3 - обычные переходы Эренфеста; 2а и|3а имеют бесконечную и конечную Ср по одну сторону
от точки перехода; типы 26 и 36 имеют бесконечные ^С/ЙТ и ко-нечные С по обе стороны перехода; типам 2в и Зв отвечает бес-
I
конечная Ср в точке перехода.
- Київ+380960830922