научная статья по теме ФЕРРОУПРУГИЕ ДОМЕНЫ И ФАЗЫ В ФЕРРОМАГНИТНОМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОМ СПЛАВЕ FEPD Физика

Текст научной статьи на тему «ФЕРРОУПРУГИЕ ДОМЕНЫ И ФАЗЫ В ФЕРРОМАГНИТНОМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОМ СПЛАВЕ FEPD»

^ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

УДК 669.1 '234:537.622.4

ФЕРРОУПРУГИЕ ДОМЕНЫ И ФАЗЫ В ФЕРРОМАГНИТНОМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОМ СПЛАВЕ ЕеРа

© 2010 г. Н. И. Власова*, **, Н. Н. Щеголева*, А. Г. Попов*, Г. С. Кандаурова**

*Институт физики металлов УрО РАН, 620041 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **Уральский госуниверситет им. А.М. Горького, 620083 Екатеринбург, пр. Ленина, 51

Поступила в редакцию 29.03.2010 г.

Проведены поляризационно-оптические, электронно-микроскопические, термомагнитные исследования монокристаллов БеРё, претерпевших фазовое превращение А1 —Х10. Полученные результаты анализируются, исходя из представлений о ферроупругости и экспериментальных критериев ее существования. Сравниваются особенности фазового превращения в эквиатомных сплавах БеР1 и БеРё. Делается вывод, что упорядочению атомов в сплаве БеРё предшествует образование ферроупругой низкосимметричной неупорядоченной (ОЦТ) фазы, а фазовое превращение А1 —»- Ы0 является комбинацией различных типов фазовых переходов: кооперативного смещения и упорядочения атомов.

Ключевые слова: ферроупругие фазовые переходы, ферроупругие домены, упорядочение атомов по типу Х10.

1. ВВЕДЕНИЕ

Высокоанизотропные сплавы СоР^ БеР^ БеРё интенсивно исследуются в последнее время не только как материалы для постоянных магнитов, но и как магнитные среды для высокоплотной записи и надежного хранения информации. Монокристаллы этих сплавов являются интересными модельными системами для изучения природы магнитного гистерезиса в высокоанизотропных ферромагнетиках со сложной иерархией элементов кристаллической структуры и установления связи магнитных свойств с особенностями их упруго-деформированного состояния.

Высокие гистерезисные свойства Х10-сплавов связаны с существованием в области составов, близких к эквиатомныму, высокоанизотропной магни-тоодноосной упорядоченной Х10-фазы [1]. Известно, что тетрагональная Х10-фаза с пространственной группой симметрии Р4/ттт образуется из высокотемпературной магнитомногоосной атомно-неупо-рядоченной А1-фазы с пространственной группой симметрии ¥т3т путем возникновения зародышей (С-доменов) и их дальнейшего роста при отжиге закаленного сплава. Фазовое превращение А1 —Ь10 (¥т3т —► Р4/ттт) происходит при температурах Т< ТК (ТК — критическая температура фазового превращения). За тетрагональную ось С в Х10-решетке может быть выбрана любая из (100) осей кубической А1-матрицы. При отжиге в отсутствие каких-либо внешних воздействий упорядоченная фаза содержит кристаллические С-домены всех трех (С1, Сг, С3) ори-ентаций. Отжиг в присутствии одноосной растягивающей или сжимающей нагрузки ст|| [001]А1 обеспечи-

вает преимущественный рост С-доменов соответственно двух (С1, С2) или одной (С3) ориентировок.

Согласно современной теории магнитной анизотропии, основанной на первых принципах [2—4], величина (табл. 1) магнитокристаллической анизотропии Х10-сплавов в основном определяется упорядочением атомов и зависит от степени дальнего порядка. Из этой же теории известно, что энергия магнитной анизотропии неупорядоченной фазы сильно зависит от степени тетрагональности ее решетки. Так, например, для сплава СоР вычислено, что при с/а < 0.98 эта энергия сравнима по порядку величины с энергией магнитокристаллической анизотропии упорядоченной Х10-фазы, но имеет противоположный знак [2]. Поэтому присутствие тетрагонально искаженной неупорядоченной фазы на той или иной стадии фазового превращения может оказать существенное влияние на магнитное состояние и гистерезисные свойства кристаллов. В соответствии с симметрийными теориями фазовых превращений [5—9], тетрагональная неупорядоченная фаза может возникнуть в результате спонтанного структурного перехода ¥т3т —► 14/ттт.

Структурные переходы ¥т3т —»- Р4/ттт, ¥т3т —»- 14/ттт, 14/ттт —► Р4/ттт сопровождаются возникновением ферроупругости (сегнето-эластичности) [7—9]. Ферроупругость и ферроэла-стики (материалы, в которых это явление наблюдается) получили такое название благодаря своей аналогии с ферромагнетизмом и ферромагнетиками [10, 11]. Явление ферроупругости заключается в возникновении макроскопической спонтанной деформации (аналоге спонтанной намагниченности) кри-

Таблица 1. Основные структурные и магнитные характеристики неупорядоченной кубической и упорядоченной тетрагональной фаз сплавов СоРг, БеРё, БеРг

Структурные и магнитные характеристики Кристаллы

СоРг БеРё БеРг

ГЦК п0 ГЦК Ы0 ¿10

Температура фазового превращения ТК, К 1100 1100 1050 1050 1600

Параметры решетки а, 10-8 см 3.77 3.800 3.804 3.85 3.86

с/а 1 0.972 1 0.966 0.966

Коэффициенты упругости С, С11 2.9 - 2.17 2.39 -

1012 эрг/см3 С12 1.76 - 1.62 1.70 -

С44 1.25 - 0.84 0.92 -

Параметр упругой анизотропии А = 2С44/Сц—С12 2.15 - 3.00 2.66 -

Температура Кюри ТС, К 820 720 890 730 750

Намагниченность насыщения Мв, Гс/см3 800 800 1100 1100 1150

Константы магнитокристаллической *1 3.0 х 105 -(0.96-2.3) х 105 6.6 х 107

анизотропии К, эрг/см3 К2 1.4 х 105 4.9 х 107 2 х 107

2 Отношение К/2п М8 7 х 10-2 12.2 (1.2-3) х 10-3 2.63

Поле анизотропии Иа, кЭ - 125 - 35 115

Константы магнитострикции X, 10-6 Х100 210 - 65 100 -

х111 -32 - - - -

Х001 - - - 20 -

Константы магнитоупругой связи Б1 - -0.37 - - -

Б, 109 эрг/см3 Б2 - 5.0

Ширина блоховской магнитной доменной стенки, - 74 - 115 63

10 8 см

сталла при фазовом переходе. При этом искажения решетки и смещения атомов при переходе малы по сравнению с параметрами элементарной ячейки, а низкосимметричную структуру можно получить непрерывным искажением структуры исходной фазы. Если возникшая спонтанная деформация может служить параметром перехода, то такой переход называется собственным ферроупругим переходом. В противоположном случае ферроупругий переход является несобственным [7—9].

Ферроупругим кристаллом (ферроэластиком) называют кристалл, который имеет исходную (пара-эластическую) фазу и в котором может существовать одна или несколько ферроупругих фаз. По определению [8], ферроупругой называется такая фаза, в которой или при переходе в которую кристалл разбит на домены (двойники). При каждом переходе решетки доменов ферроупругой фазы находятся в определенных ориентационных соотношениях с решеткой парафазы. Идеальный полидоменный кристалл обладает псевдосимметрией, совпадающей с точечной симметрией исходной фазы. В общей системе координат ферроупругие домены характеризуются различными осями спонтанной деформации. Суще-

ствует другое определение, которое считается эквивалентным вышеприведенному: ферроупругой называется фаза, в которой кристалл может находиться в двух или более ориентационных состояниях с различными, но структурно идентичными расположениями атомов [10, 11]. Переход из одного состояния в другое осуществляется под действием соответствующим образом ориентированного механического напряжения. При этом переходе имеет место механический гистерезис (аналог магнитного гистерезиса при перемагничивании ферромагнетика).

В [12] уже указывалось на существование аналогии в механизмах образования упругих доменов при структурной перестройке кристаллической решетки и механизмах формирования ферромагнитных доменов. Аналогия между ферроупругими и ферромагнитными доменами приобретает окончательную завершенность в работах [10, 11], где особенности структурных фазовых переходов анализируются на основе нелинейной теории упругости. Согласно этой теории, ферроупругие домены могут быть разделены переходным слоем (аналогом магнитной доменной стенки в ферромагнетике). В этой своеобразной доменной стенке осуществляется переход между раз-

лично ориентированными осями спонтанной упругой деформации соседних ферроупругих доменов, т.е. имеет место градиент упругой деформации. Разо-риентация осей упругой деформации (т.е. различная ориентация эллипсоидов деформации соседних доменов) вызывает разориентацию оптических индикатрис и оптических осей ферроупругих доменов. Поэтому поляризационно-оптическая наблюдаемость доменов в некоторой фазе любого кристалла считается однозначным экспериментальным критерием ферроупругости этой фазы [8, 13].

Этому простейшему критерию в полной мере удовлетворяют ферромагнитные кристаллы БеР^ СоР^ БеРё, испытывающие фазовое превращение при самых различных условиях упорядочивающего отжига [14—19]. Однако существует сильное различие в закономерностях формирования магнитной доменной структуры (ДС), механизмах перемагни-чивания, величине достигнутых максимальных значений магнитных гистерезисных характеристик, особенностях магнитных фазовых переходов после отжига кристаллов при высоких (Т~ ТК) и низких (Т <§ ТК) по сравнению с Тк температурах [19—22]. Эти два основных способа упорядочения различаются по соотношению скоростей возникновения УВ и роста УР зародышей новой фазы: УР > УВ при Т ~ ~ Тк и УР <§ УВ при Т < ТК [23]. Особенности физических свойств могут оказаться качественно различными для различных вариантов ферроупругого перехода с одинаковым результирующим изменением пространственной симметрии кристалла [13, 24, 25]. Для Х10-сплавов, кроме прямого перехода ¥т3т —- Р4/ттт, возможны другие варианты превращения —► Х10, например, (¥т3т —► —»- 14/ттт —»- Р4/ттт) [5—9]. В этом случае фазовое превращение А1 —»- Ь10 следует рассматривать как комбинацию двух типов фазовых переходов: кооперативного смещения и упорядочения атомов [6, 26].

Предположение о возможном существовании тетрагональной неупорядоченной фазы в сплаве СоР; и мартенситном характере ее возникновения высказывалось в [27, 28]. В наших работах [17, 18, 20, 22] вывод о существовании тетрагональной неупорядоченной фазы был сделан, исходя из анализа эволюции магнитной доменной структуры и некоторых результатов электронно-микроскопических исследований фазового превращения А1 —► Ь10 при низкотемпературном отжиге сплавов СоР и БеРё. Задача данной работы заключается в том, чтобы сравнить особенности ферроупругих доменов, которые формируются при высокотемпературном (сплав БеР) и низкотемпературном (сплав БеРё) отжигах, исходя из вышеизложенных представлений о ферроупругост

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком