Кластерна модель рідкого або аморфного металу. Квантово-статистична теорія. Електричні та магнітні властивості

О. І. Міцек, В. М. Пушкар

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 22.04.2014; остаточний варіант - 06.11.2014. Завантажити: PDF

Магнетоелектричні властивості аморфних металів (АМ) на основі Fe розраховано в моделі кластерів $K_j$ і в представленні багатоелектронних операторних спінорів. Флюктуації хемічних зв’язків (ФХЗ) і мікродифузія модифікують АМ. Хвильова функція йона Fe складається з хвильових функцій високоспінових (ВС, $\xi_3$), низькоспінових (НС, $\xi_1$) та зонних ($f_r$) станів у вузлі $r$. Їхні амплітуди $\xi_j$($T$, $B$) залежать від температури $T$ і магнетного поля B. На прикладі системи Fe—B постулюємо, що феромагнетні (ФМ) кластери $\alpha$-Fe взаємодіють ($A_{31} > 0$) через НС-йони у порожнинах $h_j$. Температура Кюрі $T_c$($\xi_j$) понижується також через $A_{31}$ при антиферомагнетному (АФМ) обміні $A11 < 0$ для $h_j$. Обмінна цупкість $D(T, \xi_j)$ феромагнонів залежить від ФХЗ через $\xi_j(T)$. При $|A_{11}| > A_{33}$ стабільною є АФМ-фаза з двома гілками антиферомагнонів: $E_a \propto k$, $E_0 \cong A_{31}$ для квазиімпульсів $k \ll 1$. Додавання Cr також стабілізує АФМ-фазу через обмін Cr—Cr ($A_{vv} < 0$). Ймовірність метамагнетного (ММ) переходу АФМ $\rightarrow$ ФМ підвищується мікродифузією. З ростом $T$ зменшується число найближчих сусідів Cr—Cr у порожнині $h_j$, зменшуючи $A_{vv}(T)$ при $T \rightarrow T_{MM} — 0$. ММ-переходи при $T_{MM}$ чи то у полі $B_{MM}(T)$ при $T < T_{MM}$ супроводжуються гігантським магнетоопором (ГМО) $\Delta R(T, B)$; одержано співвідношення $\Delta R \propto \xi_1^2(T)s_T^2(B)$. Середній спін $s_T$ для НС-иона входить у «ФМ-дефект ефективної маси» $\Delta m^{*}(T, B)$ при $B \rightarrow B_{MM}$. Парні ФМ-ефекти – феромагнетна анізотропія (ФМА) і магнетострикція (ФМС) – зумовлено спін-орбітальним зв’язком HC-Fe—B$^{+}$ в умовах деформації $u_{ij}$. Деформація $u_{ij}$ при виготовленні АМ-стрічки або після термооброблення наводить ФМА ($K_u \ne 0$). Хід магнетної сприйнятливости $\chi(B)$ залежить від $K_u$ і $K_1$ всередині кластера.

Ключові слова: аморфний феро- або антиферромагнетик, кластери, магнони, магнітна анізотропія, магнітострикція, гігантський магнітоопір, обмін, флуктуації хімічних зв'язків, багатоклектроннні операторні спінори.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).