» » Магнитные свойства аморфных сплавов
18.01.2016

Существование ферромагнетизма в аморфных средах обусловлено обменным взаимодействием между соседними атомами, и для его возникновения нет необходимости в строгой периодичности расположения атомов. В некоторых случаях вещества, не проявляющие ферромагнитных свойств в кристаллическом состоянии, оказываются ферромагнетиками при аморфизации.
Магнитные свойства аморфных сплавов зависят от различных факторов: химического состава сплава, пространственного расположения атомов, метастабильиого характера металлических "стекол".
Значение этих факторов изменяется в зависимости от рассматриваемого свойства магнитного материала, например магнитного момента, температуры Кюри, магнитострикции, анизотропии или коэрцитивной силы.
Магнитные свойства аморфных сплавов на основе переходных металлов. В зависимости от природы и концентрации переходных металлов (ПМ) влияние, оказываемое разупорядочением (отсутствием дальнего порядка) в аморфном состоянии на основные магнитные свойства, может варьироваться от малых изменений до значительных по сравнению со свойствами соответствующих кристаллических соединений.
Примерами, иллюстрирующими малое влияние аморфизации, являются сплавы железа или кобальта с элементами периодической системы. Эти аморфные материалы хорошо изучены, к подобная нечувствительность магнитных свойств к аморфизации рассматривается как общее правило. Средний магнитный момент Со (или Fe) практически не меняется при переходе от кристаллического соединения Со3В (Со2В, Fе3В, Fе3Р, Fе3Si, Fе3Si3) к его аморфному аналогу.
Подобная нечувствительность к изменениям структуры ближнего порядка может быть связана с тем, что рассматриваемые материалы являются сильными ферромагнетиками (в смысле зонной модели ферромагнетизма). В таких сильных ферромагнетиках локальная симметрия оказывает незначительное влияние на магнитные свойства, как для кобальта в структурных модификациях ГЦК и ГПУ.
Аморфные сплавы на основе Fе, в которых его содержание значительно отличается от 20—25 % ат., характеризуются сильным влиянием структурного порядка на основные магнитные свойства. В этом случае мы имеем дело со сплавами, электронная зонная структура которых характерна для слабых ферромагнетиков. Магнитные свойства гораздо более чувствительны к относительному расположению d-зон и уровня Ферми.
Сильное влияние структурного беспорядка на магнитные свойства наблюдали в случае менее концентрированных аморфных сплавов на основе Fе, таких, как Fе—В или YFе2. Кристаллическое соединение YFе2 имеет температуру Кюри Тс = 548 К, а аморфный сплав того же состава, полученный закалкой из жидкой фазы, — температуру 270 К. Если же производить закалку из газовой фазы, то материал превращается в спиновое «стекло» с характеристической температурой, равной 60 К.
Значительное увеличение таких характеристик, как индукция насыщения и Тс, наблюдается для аморфных сплавов на основе кобальта с торием, церием (в сравнении с соответствующими кристаллическими сплавами). Аналогичный эффект наблюдается для аморфных соединений РЗМ—Со. Повышение магнитных характеристик YСо3 объясняется меньшей плотностью состояния для аморфных фаз, что приводит к магнитной нестабильности. В подобных системах с узкими зонами даже небольшие структурные изменения могут резко влиять на магнитные свойства.
Магнитные свойства аморфных сплавов с редкоземельными элементами. Добавки редкоземельных элементов в аморфные сплавы на основе ПМ по-разному влияют на структурное разупорядочение и, соответственно, на магнитные свойства.
В случае аморфных сплавов на основе ПМ с большим количеством галолиния наблюдается небольшое понижение Тс. В результате структурного разупорядочения увеличиваются ферромагнитное и антиферромагнитное обменные взаимодействия. Если понизить содержание гадолинии в сплаве, то магнитные свойства аморфного сплава резко измененяются по сравнению с его кристаллическим аналогом. Так, аморфное соединение GdAg является ферромагнетиком, тогда как GdAg в кристаллическом состоянии — антиферромагнетик, аморфный GdAl2 — хорошо известное спиновое «стекло», с хаотической ориентацией магнитных моментов, а кристаллическое соединение — ферромагнетик.
В аморфных сплавах, содержащих европий в форме двухвалентного иона Еu2+, структурное разупорядочение проявляется в образован и и большого количества разнообразных магнитных структур. Например, для аморфных сплавов Еu70Zn30, Еu75Cd25, Eu70Mg30 характерны очень близкие температуры упорядочения (133, 134 и 131 К соответственно). Однако если первые два сплава являются мягкими ферромагнетиками, характеризующимися узким распределением обменных взаимодействий, последний сплав при температуре ниже 52 К оказывается спиновым «стеклом».
Электронная конфигурация редкоземельного элемента в аморфном сплаве в некоторых случаях не отличается от таковой для его кристаллического аналога. Магнитные свойства в аморфном состоянии могут стабилизироваться в случае, когда кристаллическое соединение не является магнитным.
Среди аморфных систем, в которых структурный беспорядок не оказывает существенного влияния на электронную конфигурацию, следует упомянуть сплавы Сe80Аu20 и Се72Сu28, в которых церий находится в обычном состоянии трехвалектного нона, как и в кристаллических соединениях.
До сих пор не обнаружено появления валентных аномалий под влиянием структурного беспорядка. Напротив, в некоторых сплавах в аморфном состоянии валентные аномалии оказываются подавленными. Так, европий в кристаллической фазе находится в смешанном валентном состоянии, тогда как в аморфной фазе — лишь в двухвалентном.