Кластерная модель жидкого или аморфного металла. Квантово-статистическая теория. Электрические и магнитные свойства

А. И. Мицек, В. Н. Пушкарь

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 22.04.2014; окончательный вариант - 06.11.2014. Скачать: PDF

Магнитоэлектрические свойства аморфных металлов (АМ) на основе Fe рассчитываются в модели кластеров $K_j$ и в представлении многоэлектронных операторных спиноров. Флуктуации химических связей (ФХС) и микродиффузия модифицируют АМ. Волновая функция иона Fe слагается из волновых функций высокоспиновых (ВС, $\xi_3$), низкоспиновых (НС, $\xi_1$) и зонных ($f_r$) состояний в узле $r$. Их амплитуды $\xi_j$($T$, $B$) зависят от температуры $T$ и магнитного поля $B$. На примере системы Fe—B постулируем, что ферромагнитные (ФМ) кластеры $\alpha$-Fe взаимодействуют ($A_{31} > 0$) через НС-ионы в полостях $h_j$. Температура Кюри $T_c$($\xi_j$) понижается также за счёт $A_{31}$ при антиферромагнитном (АФМ) обмене $A11 < 0$ для $h_j$. Обменная жёсткость $D(T, \xi_j)$ ферромагнонов зависит от ФХС через $\xi_j(T)$. При $|A_{11}| > A_{33}$ стабильна АФМ-фаза с двумя ветвями антиферромагнонов: $E_a \propto k$, $E_0 \cong A_{31}$ для квазиимпульсов $k \ll 1$. Добавление Cr также стабилизирует АФМ-фазу за счёт обмена Cr—Cr ($A_{vv} < 0$). Вероятность метамагнитного (ММ) перехода АФМ $\rightarrow$ ФМ повышается микродиффузией. С ростом $T$ уменьшается число ближайших соседей Cr—Cr в полости $h_j$, уменьшая $A_{vv}(T)$ при $T \rightarrow T_{MM} — 0$. ММ-переходы либо при $T_{MM}$, либо в поле $B_{MM}(T)$ при $T < T_{MM}$ сопровождаются гигантским магнитосопротивлением (ГМС) $\Delta R(T, B)$; получено соотношение $\Delta R \propto \xi_1^2(T)s_T^2(B)$. Средний спин $s_T$ для НС-иона входит в «ФМ-дефект эффективной массы» $\Delta m^{*}(T, B)$ при $B \rightarrow B_{MM}$. Чётные ФМ-эффекты – ферромагнитная анизотропия (ФМА) и магнитострикция (ФМС) – обусловлены спин-орбитальной связью HC-Fe—B$^{+}$ в условиях деформации $u_{ij}$. Деформация $u_{ij}$ при получении АМ-ленты или после термообработки наводит ФМА ($K_u \ne 0$). Ход магнитной восприимчивости $\chi(B)$ зависит от $K_u$ и $K_1$ внутри кластера.

Ключевые слова: аморфный ферро- или антиферромагнетик, кластеры, магноны, магнитная анизотропия, магнитострикция, гигантское магнитосопротивление, обмен, флуктуации химических связей, многоэлектронные операторные спиноры.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v37/i01/0013.html

PACS: 71.10.Fd, 72.10.Di, 72.15.Cz, 75.30.Kz, 75.30.Mb, 75.47.-m, 75.50.Kj


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. С. В. Вонсовский, Магнетизм (Москва: Наука: 1971).
  2. А. И. Мицек, В. Н. Пушкарь, Реальные кристаллы с магнитным порядком (Киев: Наукова думка: 1978).
  3. Е. А. Дорофеева, А. Ф. Прокошин, Физ. мет. металловед., 54, № 3: 505 (1984).
  4. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, Е. А. Степанов и др., Физ. мет. металловед., 103, № 2: 157 (2007).
  5. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, Физ. мет. металловед., 86, № 2: 54 (1998).
  6. А. И. Мицек, В. Н. Пушкарь, Металлофиз. новейшие технол., 36, № 1: 103 (2014). Crossref
  7. Г. Н. Макаров, Успехи физических наук, 183, № 7: 673 (2013). Crossref
  8. А. И. Мицек, Металлофиз. новейшие технол., 36, № 11: 1473 (2014). Crossref
  9. А. И. Мицек, Успехи физики металлов, 13, № 4: 345 (2013). Crossref
  10. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, Физ. мет. металловед., 114, № 5: 411 (2013). Crossref
  11. А. И. Мицек, Фазовые переходы в кристаллах с магнитной структурой (Киев: Наукова думка: 1989).
  12. В. С. Покатилов, Н. Б. Дьяконова, Е. Г. Дмитриева и др., Наноматериалы и наноструктуры — XXI век, 4, № 1: 29 (2013).
  13. А. В. Носенко, М. Г. Бабич, М. П. Семенько, О. И. Наконечна, Н. И. Захаренко, Металлофиз. новейшие технол., 32, № 9: 1183 (2010).
  14. В. А. Ивченко, Наноматериалы и наноструктуры — XXI век, 3, № 3: 3 (2012).
  15. O. Wang, Phys. Rev. Lett., 106, No. 21: 215505 (2011). Crossref
  16. Г. Е. Абросимова, Успехи физических наук, 181, № 12: 1265 (2011). Crossref
  17. Э. З. Кучинский, Н. А. Некрасов, М. В. Садовский, Успехи физических наук, 182, № 4: 345 (2012). Crossref
  18. A. C. Y. Lin, M. J. Neish, and G. Stokol, Phys. Rev. Lett., 110, No. 20: 205505 (2013). Crossref
  19. M. Pivetta, G. E. Pacchioni, and U. Schlickham, Phys. Rev. Lett., 110, No. 8: 86102: (2013). Crossref
  20. F. Tournns and K. Sato, Phys. Rev. Lett., 110, No. 5: 055501 (2013). Crossref
  21. T. Speck, Phys. Rev. Lett., 109, No. 19: 195703 (2012). Crossref
  22. Н. В. Ершов, В. А. Лукшина, В. Н. Федоров и др., Физика твёрдого тела, 55, № 3: 460 (2013).
  23. А. А. Харченко, M. Г. Лукашевич, В. И. Нуждин и др., Физика твёрдого тела, 55, № 1: 75 (2013).
  24. Н. А. Скулкина, О. А. Иванов, Е. А. Степанов и др., Физ. мет. металловед., 114, № 3: 241 (2013). Crossref
  25. Н. В. Дмитриева, В. А. Лукшина, Е. П. Волкова и др., Физ. мет. металловед., 114, № 3: 144 (2013). Crossref
  26. Б. А. Корниенков, М. А. Либман, Б. В. Молотилов и др., Физ. мет. металловед., 114, № 3: 237 (2013). Crossref
  27. М. И. Захаренко, Т. В. Калныш, М. П. Семенько, Физ. мет. металловед., 113, № 8: 804 (2012).