Фазы высокого давления в квазибинарных системах редкоземельных интерметаллидов

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

25

ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ В КВАЗИБИНАРНЫХ СИСТЕМАХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ

Илюшин1’2 А. С., Умхаева3 З. С.

^Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, 119991 Москва, Россия

2Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет, 119991Москва, Россия

3Чеченский государственный университет, факультет физики и информационно-коммуникационных технологий, 364907 г.Грозный, Россия

Поступила в редакцию 18.04.2011, после доработки 10.05.2011

Цель работы — синтез сплавов редкоземельных металлов стехиометрии RT2 (соотношение радиусов компонентов R:T=1.225) и исследование их фазовых состояний. Совместно с ИФВД РАН в условиях высоких температур и давлений (1-8 ГПа) синтезированы образцы интерметаллидов иттербия и неодима с Sd-переходными металлами, кристаллизующихся в структурных типах фаз высокого давления Лавеса с кубической элементарной ячейкой C15 (в обозначениях Strukturbericht, 12 атомов в ячейке), а также марганцевые соединения иттербия, европия и других редкоземельных металлов, закристаллизованные в структурном типе гексагональной фазы Лавеса С14 (24 атома). Сплавы псевдобинарных систем на их основе синтезированы при нормальном давлении и давлениях 1-6 и 8 ГПа. В качестве основных методов исследования использовались рентгеновская дифрактометрия поликристаллов, магнитные измерения и мессбауэровская спектроскопия. Изучены фазовый состав интерметаллидов со структурой фаз Лавеса и серий сплавов на их основе, установлена их атомно-кристаллическая структура, определены кристалло-структурные характеристики, построены фазовые диаграммы псевдобинарных систем в координатах «состав-давление», выяснены условия существования их полиморфных модификаций. Синтез интерметаллидов при высоких давлениях использован для получения фаз с заданными кристалло-структурными параметрами для таких интерметаллидов, которые в обычных условиях синтеза не кристаллизуются в структурных типах фаз Лавеса С14, С15. Для гидрированных и дейтерированных образцов сплавов, находящихся в полиморфных модификациях С14 и С15, определены их кристаллоструктурные характеристики и изучена их способность поглощать водород и дейтерий. Представлены кривые полевых и температурных зависимостей намагниченности многокомпонентных фаз высокого давления в сплавах псевдобинарных систем, обнаружены сингулярности на кривых температурных и концетрационных зависимостей магнитных характеристик и дана им интерпретация. Таким образом, в работе показано, что синтез сплавов редкоземельных интерметаллидов при высоких давлениях и температурах позволяет решать фундаментальные задачи физического материаловедения.

Ключевые слова: редкоземельные интерметаллиды, сплавы псевдобинарных систем, фазы Лавеса, фазы высокого давления, рентгеновская дифрактометрия, магнитные измерения, мессбауэровская спектроскопия, фазовая диаграмма, полиморфные модификации, кристаллоструктурные характеристики, гигантская магнитострикция, гигантская магнитная анизотропия, спинориентационные магнитные фазовые переходы, сорбция водорода и дейтерия.

УДК 539.172

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение (26).

2. Структура и магнитные свойства интерметаллидов RT2 (27).

3. Фазовые диаграммы псевдобинарных систем ЕГ1-хТЬхМП2 И ТЬ1-хНСхМП2 (27).

4. Фазовые диаграммы псевдобинарных систем

Оу^^МпЬ Tb(FeMn)2 и Y^Mn^ (28).

5. Структура и кристаллоструктурные характери-

стики сплавов псевдобинарных систем NdFe-CoX, Nd^Ny, Ш(^1-Мпх)2, Wei-Al^,

синтезированных под давлением 8 ГПа (29).

6. Сорбционные и магнитные свойства интерметаллидов (30).

7. Заключение (32).

Литература (32).

26 ИЛЮШИН А.С., УМХАЕВА З.С.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

1. ВВЕДЕНИЕ

В современной радиоэлектронике широкое применение при конструировании приборов и технических устройств нашли магнитные материалы, созданные на основе редкоземельных металлов и их сплавов. В редкоземельных магнетиках были открыты гигантские магнитострикцион-ные эффекты, используя которые были созданы приводы перемещений в системах оптоэлектроники, в генераторах мощного ультразвука и т.п. устройствах.

Вместе с тем, магнитострикционные явления в сплавах редкоземельных металлов могут стать основой технологии для создания инварных и элинварных сплавов, широко применяющихся в приборостроении и в метрологии. Постоянно растущие требования, выдвигаемые приборостроительной радиоэлектронной промышленностью, заставляют материаловедов, физиков и химиков создавать новые материалы, совершенствуя технологии их синтеза и способы обработки.

В последние годы стали широко использоваться новые методы приготовления сплавов с использованием технологий синтеза, протекающего в экстремальных условиях. Одной из таких технологий является совместное воздействие на вещество высоких давлений и высоких температур. Благодаря этому уже были получены такие выдающиеся по физико-химическим свойствам материалы как искусственные алмазы и композиты на основе нитрида бора.

В настоящей статье сделано обобщение результатов исследовательских работ авторов по синтезу сплавов редкоземельных металлов в условиях высоких температур и давлений, по изучению их атомно-кристаллической структуры, фазовых состояний и физических свойств.

Редкоземельные фазы Лавеса стехиометрии rt2, как правило, кристаллизуются в двух структурных типах: гексагональном С14 и кубическом С15. На протяжении многих лет эти объекты являются предметом пристального изучения в физике твердого тела [1-6]. Этот интерес обусловлен двумя обстоятельствами:

— ряды соединений RT2 являются хорошими модельными объектами для проведения всестороннего теоретического и экспериментального исследования этого класса материалов;

— многие из этих соединений и сплавы на их основе демонстрируют выдающиеся магнитные 1

свойства, такие как, например, гигантская магни-тострикция и гигантская анизотропия, открывающие широкие перспективы их практического использования.

Эти объекты являются активными поглотителями водорода, поэтому в последние годы стали активно исследоваться их сорбционные свойства

[5].

К сожалению, далеко не со всеми редкоземельными металлами удается при обычных условиях синтеза сформировать интерметаллиды стехиометрии RT2, обладающими кристаллическими структурами фаз Лавеса типа С14 и С15 [1-2]. Однако этой цели можно достичь при использовании метода кристаллизации при высоких температурах под высоким давлением [7-9]. Методика такого синтеза разработана и успешно используется в Институте физики высоких давлений РАН в лаборатории доктора А.В. Цвященко (г.Троицк). В кооперации с этой лабораторией нами были синтезированы не только интерметаллические соединения редкоземельных и 3б-переходных металлов, но и сплавы псевдобинарных систем на их основе. Более того, используя эту уникальную методику синтеза можно получить интерметаллические соединения одного и того же химического состава в двух различных кристалло-структурных модификациях, т.е. создавать «искусственный» полиморфизм.

В настоящей работе сообщается о результатах по созданию фаз высокого давления в интерметаллических соединениях стехиометрии RT2 и в сплавах псевдобинарных систем на их основе типа R'1xRx''T2 и R(T' T''x)2, кристаллизующихся в структурных типах фаз Лавеса с кубической (С15) и гексагональной (С14) элементарными ячейками (рис. 1).

Обе структуры родственны друг другу в отношении координации атомов и обычно рассматриваются как двухподрешеточные системы, состоящие из R- и Т-атомов.

Рис. 1. Элементарные ячейки гексагональной С14 и кубической С15 фаз Лавеса.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 27 В КВАЗИБИНАРНЫХ СИСТЕМАХ

Перед нами стояли следующие задачи:

— синтез фаз высокого давления,

— изучение их фазового состава, установление атомно-кристаллической структуры и кристаллоструктурных характеристик,

— построение фазовых диаграмм псевдобинарных систем в координатах «состав-давление»,

— изучение их магнитных и сорбционных свойств. В качестве основных методов исследования использовались:

— рентгеновская дифрактометрия поликристаллов,

— магнитные измерения,

— мессбауэровская спектроскопия.

Методика синтеза, а также методы гидрирования и дейтерирования образцов описаны в работах [9, 10].

2. СТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ RT2

В результате синтеза при давлениях 8 ГПа нам удалось получить интерметаллические соединения YbFe2 и NdFe2, NdCo2, NdNi2 закристаллизованные в структурном типе кубической фазы Лавеса С15, а также соединения YbMn2, ErMn2, HoMn2, DyMn2 и TbMn2, закристаллизованные в структурном типе гексагональной фазы Лавеса С14 и следующие псевдобинарные системы сплавов на их основе: Er1xTbxMn2, Ho1xTbxMn2, Dy(Fe1 xMnx)2,

Tb^i-Mn^ Wei-xM^ ^i-xM^ ^i-x-A^

Данные о структуре, кристаллоструктурных параметрах и температурах магнитного упорядоче-

ния интерметаллидов, синтезированных под давлением 8 ГПа, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Кристаллоструктурные и магнитные характеристики интерметаллидов RT2

RT2 Струк- тура a, A c, A Уфе, A3 ф.е. T* K

ErMn2 C14 5,273 8,632 51,72 25

HoMn2 C15 7,519 — 53,06 26

HoMn2 C14 5,316 8,672 53,05 27

DyMn, C15 7,553 — 53,94 39

DyMn, C14 5,346 8,733 53,96 37

TbMn2 C15 7,577 — 54,37 40

TbMn2 C14 5,349 8,779 54,38 43

YbMn2 C14 5,230 8,513 50,42 —

YbFe2 C15 7,245 — 47,54 541

NdFe, C15 7,447 — 51,62 563

NdCo2 C15 7,309 — 48,81 90

NdNi2 C15 7,225 — 47,14 16

3. ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ ПСЕВДОБИНАРНЫХ СИСТЕМ Er1-XTbXMn2 и Tb1-XHoXMn2

Сплавы псевдобинарных систем Eri xTbxMn2 и Tbi xHoxMn2 были синтезированы при нормальном давлении и при давлениях i, 2, 3, 4, 5, 6 и 8 ГПа. Проведенный рентгенофазовый анализ синтезированных сплавов показал, что в зависимости от состава сплава и величины давления, при котором проводился синтез, в сплавах формируются либо однофазные структуры, изотипные фазам Лавеса СМ или d5, либо двухфазные, состоящие из смеси фаз СМ и СМ.

Фазовые диаграммы систем Eri xTbxMn2 и Tbi xHoxMn2, построенные в координатах «состав-давление» приведены на рис.2.

Из рис. 2 видно, что в системе Eri xTbxMn2 при давлениях выше 6 ГПа сплавы всех составов 0 Д x Д i изотипны гексагональной фазе Лавеса СМ и образуют непрерывный ряд твердых растворов атомов Er и Tb в R -подрешетке структуры СМ.

Область существования сплавов, изотипных кубической фазе Лавеса d5, ограничена как по составу, так и по величине давлений и обнаруживается при концентрации тербия х = 0.3 при атмосферном давлении, постепенно сокращаясь с ростом давления. Фазовые области сплавов со структурами СМ и d5 отделены друг от друга двухфазной областью из смеси фаз СМ+СМ.

Рис. 2. Фазовые диаграммы псевдобинарных систем Er Tb Mn и Tb Ho Mn .

1-x x 2 1-x x 2

28 ИЛЮШИН А.С., УМХАЕВА З.С.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

В системе Tb Ho Mn при низких давлениях образуется непрерывный ряд твердых растворов замещения атомов гольмия атомами тербия в R-подрешетке кубической фазы С15, а при высоких давлениях аналогичный ряд твердых растворов формируется в R-подрешетке гексагональной фазы С14 во всем интервале концентраций 0<x<1. Обе области отделены друг от друга двухфазной областью, представляющей собой смесь двух фаз С14+С15.

Рентгенографическое изучение атомноструктурного механизма перестройки фазы С14 в фазу С15 показало, что он осуществляется с помощью образования в плотноупакованных структурах дефектов упаковки.

4. ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ ПСЕВДОБИНАРНЫХ СИСТЕМ Dy(Fe1-XMnX)2,

Tb(Fei-xMnx)2 И Yb(Fe1-XMnX)2

Сплавы псевдобинарных систем Dy(Fet xMnJ)2

и Tb(Fe Mn) были синтезированы в области давлений до 8 РПа. фазовые диаграммы систем, построенные по результатам рентгеноструктурных измерений, приведены на рис. 3.

Из рис.3 видно, что в системе Dy(Fet xMnJ)2 при давлениях ниже 2 1 Па во всей области концентраций 0<x<1 сплавы однофазны и изотипны кубической фазе Лавеса С15. Атомы железа и марганца образуют непрерывный ряд твердых растворов замещения в 3d подрешетке кубической структуры С15.

С повышением давления, при котором производился синтез, в области, богатой марганцем (0.8<x<1.0), в системе формируется гексагональная фаза, изотипная фазе Лавеса С14 и отделенная от области кубической фазы С15 двухфазной областью С14 + С15.

фазовая диаграмма системы Tb(FelxMnJ)2 по своему виду аналогична фазовой диаграмме системы Dy(Fet xMnx)2. На ней также имеется обширная область непрерывных твердых растворов замещения атомов железа атомами марганца при давлении до 3 111а, а при более высоких давлениях в сплавах, 1

Рис. 3. Фазовые диаграммы систем Dy(Fe1 xMn) и

Tb(Fei-xMnx)2.

богатых марганцем, формируется гексагональная фаза типа С14, также отделенная от фазы С15 двухфазной областью из смеси фаз С14 и С15.

Как видно из вышеприведенных фазовых диаграмм, в обеих системах в областях с высокими концентрациями марганца сплавы могут существовать в двух полиморфных модификациях: при высоких давлениях — в гексагональной фазе С14, при низких — в кубической С15.

Более сложная ситуация имеет место в псевдобинарной системе Yb(Fet xMnJ)2. По данным рентгеноструктурных исследований сплавов этой системы, синтезированных при давлениях ниже 3 1 Па, установлено, что невозможно получить интерметалли-ды со структурами фаз Лавеса С14 и С15. Они начинают формироваться лишь при давлениях выше 31 Па. Нами был проведен синтез сплавов этой системы при давлениях 3, 4, 6 и 8 1Па. Результаты рентгеноструктурных исследований показали, что в сплавах, обогащенных железом, формируется кубическая фаза С15, а в сплавах, богатых марганцем, - фаза С14. Они отделены друг от друга двухфазной областью из смеси фаз С14 и С15 (рис. 4).

На рис.5 представлена кривая концентрационной зависимости объема Vфе, приходящегося на формульную единицу, в сплавах системы Yb(Fet xMnx)2 синтезированных при давлении 8 1Па.

Из рис.5 видно, что замещение атомов железа атомами марганца сопровождается монотонным, но не линейным увеличением объема Vфе, с образованием на кривой «плато», приходящегося на двухфазную область. Ход кривых концентрационных зависимостей объема V ^ е для систем

Рис. 4. Фазовая диаграмма системы Yb(Fe1 xMnJ

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 29 В КВАЗИБИНАРНЫХ СИСТЕМАХ

Рис. 5. Кривая концентрационной зависимости объема Vф. в сплавах системы Yb(Fe1 Mn

Tb(Fe1 xMnJ2 и Dy(Fet xMnJ2 аналогичен ходу кривой для системы Yb(Fe1 xMnx)2.

5. СТРУКТУРА И КРИСТАЛЛОСТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВОВ ПСЕВДОБИНАРНЫХ СИСТЕМ Ncl(Fe1XCos)2, Nd(Fe1XNiX)2, Nd(Fe1_XMnX)2, Yb(Fei-XAlX)2, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 8 ГПА

Для получения сплавов псевдобинарных систем NdC^-Co^ Nd^-Ni^, Nd(Fe1-xMnx)2 и Y^, xAlx)2, со структурами фаз Лавеса С14-С15 нами был проведен синтез только при давлении 8 Г На.

Результаты рентгеновских исследований показали, что при этом в системах Nd(Fe1xCox)2 и Nd(Fe1xNix)2 удается получить однофазные сплавы, изотипные кубическим фазам Лавеса С15 во всем интервале концентраций 0 < x < 1.

В системе же Nd(Fe1xMnJ)2 кубическую фазу, изотипную фазе Лавеса С15 удалось получить при давлении 8 ГНа лишь в интервале концентраций 0 < x < 0.5.

Кривые концентрационных зависимостей объема Vф е, приходящегося на формульную единицу, для систем Nd(Fe1 xCox)2 Nd(Fe1 xNix)2 и Nd(Fe1 xMnx)2 приведены на рис.6.

Видно, что с увеличением концентрации атомов кобальта или никеля в системах Nd(Fe1 xCox)2, Nd(Fe1xNix)2 Vфе монотонно уменьшается, а в системе Nd(Fe1xMnx)2 с увеличением концентрации атомов марганца Vфе монотонно возрастает. Таким образом, комбинируя состав многокомпонентных фаз Лавеса, можно варьировать как межатомные расстояния, так и характер межатомных взаимодействий.

Рис. 6. Кривые концентрационных зависимостей объема V' , приходящегося на формульную единицу, для. систем Nd^CoJ, Nd(Fe1xNtJ2 и N^Mn),

В системе же Yb(Fe1xAlx)2 ситуация существенно сложнее. Синтез при давлении 8 ГНа позволил получить интерметаллические соединения YbFe2 и YbAl2, изотипные кубическим фазам Лавеса С15. Однако, в сплавах промежуточных составов область твердых растворов алюминия в Bd-подрешетке интерметаллида YbFe2 простирается только до концентраций х = 0.3, т.е. атомы алюминия замещают лишь 30% атомов железа. В свою очередь в 3d-подрешетке интерметаллида YbAl2 атомы железа могут заместить лишь только 25% атомов алюминия.

В области же промежуточных составов 0.40 < x < 0.65 в системе Yb(Fe1 xAlx)2 формируется фаза, изотипная гексагональной фазе Лавеса С14. Она отделена от фаз С15 двухфазными областями.

Концентрационная зависимость объема Vфе, приходящегося на формульную единицу в системе Yb(Fe1 xAlx)2 приведена на рис. 7.

Видно, что с ростом концентрации алюминия в системе Yb(Fe1xAlx)2 Vфе монотонно возрастает от 47.53 А3 до 61.14 А3, образуя два «плато», приходящихся на двухфазные области.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что с помощью синтеза при высоких давлениях удается решать следующие задачи физического материаловедения:

— формирование новых полиморфных кристаллических модификаций у известных интерметаллических соединений RT2: гексагональных фаз высокого давления C14 в кубических фазах Лавеса С15 HoMn2, DyMn2, TbMn2 и других.

— формирование фаз Лавеса в редкоземельных интерметаллидах RT2 с такими редкоземельными

30 ИЛЮШИН А.С., УМХАЕВА З.С.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Рис. 7. Кривая концентрационной зависимости в V^., приходящегося на формульную единицу в системе Yb(Fe1 Alj . металлами как Yb и Nd: YbFe2, YbMn2, NdFe2, NdCo2, NdNi2.

— формирование на основе новых или полиморфных модификаций интерметаллидов RT2 псевдобинарных систем типа R'1xRx''T2 и R(T'1xT''x)2, позволяющих непрерывным образом варьировать кристалло-структурные характеристики и физикохимические свойства этих материалов.

Ниже будут приведены конкретные примеры использования этих возможностей при изучении таких свойств интерметаллидов, как их способность поглощать водород или дейтерий или изменять магнитные свойства.

6. СОРБЦИОННЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ

Нами было изучено поглощение водорода и дейтерия сплавом Dy(Fe0 05Mn095)2, закристаллизованным в двух полиморфных модификациях С14 и С15.

По данным рентгеноструктурного исследования сплав данного состава, синтезированный в обычных условиях, имеет кубическую структуру, изотипную кубической фазе Лавеса С15 с параметром элементарной ячейки а = 7.536 А и объемом Vф е, приходящимся на формульную единицу, равным 53.5 А3.

Сплав этого же состава, синтезированный при давлении 8 ГПа имеет структуру, изотипную гексагональной фазе Лавеса С14 с параметрами элементарной ячейки а = 5.319 А, с = 8.692 А и V^ = 53.2 А3.

ф.е.

После проведения гидрирования и дейтери-рования образцов сплава Dy(Fe0 05Mn095)2, находящихся в двух полиморфных модификациях С14 и 1

Таблица 2

Число атомов водорода и дейтерия n и величина дилатации AV/V, приходящиеся на формульную единицу сплавов Dy

Структурный тип X n AV/ V,%

C14 H 4.1

C15 H 4.6

C14 D 3.2

C15 D 3.8

С15, были определены их кристаллоструктурные характеристики и количество поглощенных атомов водорода и дейтерия с образованием гидридов и дейтеридов. Экспериментальные результаты приведены в таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что во всех случаях поглощение водорода и дейтерия обеими модификациями С14 и С15 сопровождается увеличением объема элементарных ячеек более чем на 20%. Вместе с тем следует отметить тот факт, что в гексагональную структуру как водород, так и дейтерий внедряются менее активно, нежели в кубическую. При этом в обоих случаях водород поглощается более активно, чем дейтерий.

Мессбауэровские спектры исходных полиморфных модификаций и их дейтеридов для сплава Dy(Fe0 05Mn095)2 приведены на рис. 8.

Рис. 8. Мессбауэровские спектры сплавов Dy(Fe00jMn095)2 в модификациях С14 и С15 до и после дейтерирования.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

Расчет показал, что в спектрах дейтерирован-ных образцов появляются дублеты от атомов железа, имеющих в своем ближайшем окружении атомы дейтерия. Отметим, что в спектре сплава со структурой С14 относительная интенсивность этих дублетов меньше относительной интенсивности аналогичных дублетов в спектре сплава со структурой С15. Это объясняется тем, что атомы железа в структуре С14 занимают только одну из двух кристаллографически неэквивалентных позиций — T(2), а в позиции T(1) сосредотачиваются атомы марганца. дейтерий же концентрируется в междоузлиях вблизи атомов марганца, поэтому и поглощение атомов дейтерия в модификации С14 меньше, чем в модификации С15.

Второй пример касается магнитных свойств сплавов псевдобинарной системы Yb(Fe1 xMnx)2. Из работы [10] известно, что у соединения YbFe2 на кривых температурной зависимости намагниченности обнаружена точка магнитной компенсации, свидетельствующая о его ферримагнитной структуре.

Нами было предпринято исследование полевых зависимостей намагниченностей фаз высокого давления в сплавах псевдобинарной системы Yb(Fe1xMnx)2 в области составов 0 < x < 0.4. На рис.9 представлены кривые зависимостей намагниченности от внешнего поля, измеренные при комнатной температуре на сплавах следующих составов: x = 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4.

сплавов системы Yb(Fe1MnJ2 (на вставке концентрационная зависимость магнитного момента М, ).

фл/

ФАЗЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 31 В КВАЗИБИНАРНЫХ СИСТЕМАХ

Все они демонстрируют типичный ход кривых с насыщением, причем почти для всех составов с ростом концентрации марганца намагниченность уменьшается, за исключением аномалии для состава x = 0.2. Это наглядно демонстрирует график концентрационной зависимости магнитного момента M, приходящегося на формульную единицу сплава, измеренного при комнатной температуре во внешнем магнитном поле напряженностью 0.5 Т. Видно, что в ходе кривой M(x) имеются аномалии типа положительной ^-точки при x =

0.2 (рис.9, вставка).

Более существенные аномалии демонстрируют кривые температурных зависимостей намагниченности для сплавов составов 0 < x <

0.4. Так, для интерметаллида YbFe2 при охлаждении образца от температуры 300 K до 36 K магнитный момент, приходящийся на формульную единицу, монотонно, но достаточно резко уменьшается от 1.65 mB практически до нуля (рис. 10).

дальнейшее охлаждение сопровождается последующим его возрастанием почти до 0.42 mB при 4.2 K. Аналогичные аномалии в ходе кривых температурных зависимостей намагниченности наблюдаются и у сплавов составов x = 0.1, 0.15,

0.2, 0.3, 0.4 (рис. 10, вставки).

При этом было обнаружено, что точка магнитной компенсации T в сплавах систе-

комп.

мы Yb(Fet xMnx)2 сложным образом зависит от

Рис. 10. Кривая температурной зависимости магнитного момента Мф.. для YbFe2 (на вставках — фрагменты кривых Мф., (T) для сплавов составов x — 0.3 и 0.4).

32 ИЛЮШИН А.С., УМХАЕВА З.С.

ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

состава и кривая ее концентрационной зависимости демонстрирует аномалию типа положительной 1-точки (рис. 11).

Проведенный анализ показал, что при изотип-ном замещении в 3d-подрешетке ионов Fe ионами Mn последние не могут рассматриваться только как немагнитный разбавитель. Вся совокупность экспериментальных данных указывает на то, что в 3d-подрешетке возникают сложные магнитные взаимодействия, которые, в свою очередь, приводят к формированию в сплавах псевдобинарной системы Yb(Fe1 xMnx)2 магнитной структуры не ферримагнит-ного, а более сложного типа. Результаты мессбауров-ских исследований сплавов свидетельствуют о том, что при введении ионов Mn в 3d-подрешетку в ней формируются в области с различными локальными окружениями ионов Fe. При малых концентрациях x ~ 0.1 влияние Mn на характер магнитных взаимодействий мало и его можно рассматривать, как немагнитный разбавитель. При более высоком содержании Mn в 3d-подрешетке наряду с простым разбавлением происходит заметное изменение величин магнитных моментов у ионов Fe, находящихся в различных локальных окружениях, и, как следствие, изменение характера магнитных взаимодействий. Это обстоятельство делает простую ферримагнитную модель неприемлемой для анализа концентрационной зависимости точек компенсации [11].

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании вышеизложенного можно заключить, что использование синтеза сплавов при высоких давлениях значительно расширяет экспериментальные возможности физиков и металловедов при разработке новых материалов и открывает новые перспективы их практического применения.

Автор выражает благодарность своим сотрудникам и коллегам, участвовавшим в проведении экспериментальных исследований: кандидатам

физико-математических наук А.В. Цвященко, И.А. Никаноровой, И.В. Спажакину, М. Аль-Лервиш, И.А. Персиковой, Л.А. Фомичевой и профессору В.С. Русакову.

ЛИТЕРАТУРА

1. Илюшин АС. Введение в структурную физику редкоземельных интерметаллических соединений. М., МГУ, 1991, 176 с.

2. Тейлор К. Интерметаллические соединения редкоземельных металлов [Intermetallic Rare-Earth Compounds]. М., Мир, 1974, 220 с.

3. Wallace WE. Rare earth intermetallics. N-Y, London, Academic Press, 1973, 266 p.

4. Белов КП. Редкоземельные магнетики и их применение. М., Наука, 1980, 239 с.

5. Алефельд Г, Фелькл И, ред. Водород в металлах. Мир, 1981, т. 1, 475 с.; т. 2, 430 с.

6. Белов КП. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М., Наука, 1987, 160 с.

7. Стронг Г. Высокотемпературные методы при высоких давлениях. М., Мир, 1964, 192 с.

8. Шиняев АЯ. Фазовые превращения и свойства сплавов при высоком давлении. М., Наука, 1973, 153 с.

9. Khvostantsev LG, Vereshchagin LF, Novikov AP. Device of Toroid type for high pressure generation. High Temp.-High Pressures, 1977, 9(6):637-639.

10. Inoue K, Nakamura Y, Tsvyaschenko AV, Fomicheva MV. Magnetism of C14-RMn2. J. Magn. &Magn. Mater, 1995, 140:797-798.

11. Илюшин АС, Никанорова ИА, Цвященко АВ, Виноградова АС, Фомичёва МВ, Спажакин ИВ. О точках магнитной компенсации в квазибинарной системе Yb(Fe1xMnx)2. Вестник МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия, 2004, (2):51-54.

PHYSICS OF THE CONDENSED STATE

33

Илюшин Александр Сергеевич,

д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой ФТТ, действ. член РАЕН, МГУ им.М.В. Ломоносова, физический факультет,

119991 Москва, Ленинские горы, д.1, стр.2, тел. +7 495 939 3029, sols146i@phys.msu.ru гл. научн. сотр. ИНМЭ РАН,

119991 Москва, Ленинский пр-т, 32А, тел. +7 495 938 1851

Умхаева Зарган Сайпудиновна

к.ф.-м.н, профессор,

Чеченский государственный университет, факультет физики и информационно-коммуникационных технологий, кафедра общей физики

364907 г.Грозный, ул. Киевская, 33, тел. +7 8712 21 2004, umkhaeva@chesu.ru

HIGH PRESSURE PHASES IN PSEUDO-BINARY SYSTEMS OF RARE-EARTH INTERMETALLICS

Ilyushin A. S.

Institute of Nanotechnology of Microelectronics, Russian Academy of Science, 119991 Moscow, Russian Federation Lomonosov Moscow State University, Physics Department,

Leninskie Gory, 1, b. 2, 119991 Moscow, Russian Federation sols146i@phys.msu.ru

Umkhaeva Z. S.

Chechen State University, Faculty of Physics and Information and Communication echnologies,

Kievskaya str., 33, 364907 Grozny, Russian Federation umkhaeva@chesu.ru

The goals of research were: 1) synthesis of high pressure phases, 2) study of the rare phase composition, 3) study of the rare magnetic and sorption properties, 4) building of phase diagrams for pseudobinary systems in coordinates “composition-pressure”. Experimental methods for this research were: 1) X-ray diffractometry of polycrystals, 2) magnetic measurements, 3) Mossbauer spectroscopy. In frames of this research were synthesized high pressure phases in intermetallic comounds of stoichiometry RT2 and in alloys of pseudobinary systems on their base like R’1-xR”xT2 and R(T’1-xT”x)2. Using this unique method of fabrication of high pressure phases there were found the possibilities to produce intermetallec comounds with the same chemical composition in two different structure modifications, i.e. to make “artificial” polymorphism and studied their magnetic and sorption properties.

Keywords: rare-earth intermetallics, pseudobinary systems of alloys, Laves phases, high-pressure phases, X-ray diffractometry, magnetic measurements, Mossbauer spectroscopy, phase diagrams, polymorphic modifications, crystal structural parameters, giant magnetostriction, giant magnetic anisotropy, sorption of hydrogen and deuterium.

UDC 539.172

Bibliography — 11 references

RENSIT, 2011, 3(1):25-33___________________________________________

REFERENCES

1. Ilyushin AS. Vvedenie v strukturnuyu figiku redkogemel’nykh intermetallicheskikh soedineniy [Introduction to structural physics of rare earth intermetallic compounds]. Moscow, MSU Publ., 1991, 176 p.

2. Teylor KNR. Intermetallic rare-earth compounds. London, Wiley, 1971, 213 p.

3. Wallace WE. Rare-earth intermetallics. N-Y, London, Academic Press, 1973, 266 p.

4. Belov KP Redkogemel’nye magnetik i ikh primenenie [Rare earth magnetics and their application]. Moscow, Nauka Publ., 1980, 239 p.

5. Alefeld G, Felkl I, eds. Vodorod v metallakh [Hydrogen in metalls]. Moscow, Mir Publ., 1981, 1, 475 p; 2, 430 p.

6. Belov KP. Magnetostrikgionnye yavleniya i ikh tekhnicheskie

Received 18.04.2011, revised 10.05.2011

prilogheniya [Magnetostrictive phenomena and their

technological applications]. Moscow, Nauka Publ., 1987, 160 p.

7. Strong G. Vysokotemperaturnye metody pri vysokikh davleniyakh [High-temperature methods at high pressures]. Moscow, Mir Publ., 1964, 192 p.

8. Shinyaev AYa. Fagovye prevrascheniya i svoystva splavov pri vysokom davlenii [Phase transformations and properties of alloys at high pressure]. Moscow, Nauka Publ., 1973, 153 p.

9. Khvostantsev LG, Vereshchagin LF, Novikov AP. High Temp.-High Pressures, 1977, 9(6):637-639.

10. Inoue K, Nakamura Y, Tsvyaschenko AV, Fomicheva MV J. Magn. &Magn. Mater, 1995, 140:797-798.

11. Ilyushin AS, Nikanorova IA, Zvyaschenko AV, Vinogradova AS, Fomicheva MV, Spazhakin IV. Vestnik MGU. Ser. 3. Figika. Astronomiya, 2004, (2):51-54 (in Russ.).