Научные результаты

Введите год
Ускоренное атомное перераспределение и инверсия направления структурно-фазовых переходов в сплавах железа при большой пластической деформации

В.А. Шабашов, К.А. Козлов, В.В. Сагарадзе, А.Е. Заматовский, Н.В. Катаева, Т.П. Толмачев, А.Л. Николаев, Ю.М. Устюгов

В сплавах железа впервые обнаружено деформационно-индуцированное ускоренное диффузионное превращение, приводящее к инверсии атомного перераспределения в узкой области температур деформации T < 0.3Tпл. Эффект проявляется: в изменении знака ближнего упорядочения в бинарных сплавах Fe-Cr, Fe-Mn и Fe-Ni; смене деформационного растворения карбидов, нитридов и интерметаллидов в матрицах сплавов Fe–Ni–C, Fe–Cr–Mn–N и Fe–Ni–Al (Ti, Zr, Si) на ускоренное образование дисперсных вторичных фаз внедрения и интерметаллидов при увеличении температуры деформации. Сопоставлением результатов атомного перераспределения при деформации и облучении установлено, что направление и кинетика упорядочения определяется конкуренцией дислокационного (при деформации) и в каскадах атомных смещений (при облучении нейтронами) разрушения порядка и упорядочения, ускоренного подвижными точечными дефектами – вакансионными комплексами.

Анизотропия типа «легкая плоскость» в слоистом соединении GdMn2Si2 с магнитокристаллической анизотропией типа «легкая ось»

П.Б. Терентьев, Е.Г. Герасимов, Н.В. Мушников, А.Ф. Губкин, H.E. Fischer, Д.И. Горбунов, В.С. Гавико

Исследованы магнитные свойства монокристалла GdMn2Si2 в сильных магнитных полях. Определена температурная эволюция магнитной структуры GdMn2Si2 при помощи порошковой нейтронографии на уникальном дифрактометре D4, предназначенном для исследования материалов с высоким сечением захвата нейтронов. Полученные результаты непосредственно свидетельствуют о формировании в GdMn2Si2 необычной неколлинеарной магнитной структуры с анизотропией типа «легкая плоскость» при температуре ниже температуры магнитного упорядочения подрешетки Gd TGd < 52 K. Выше TGd наблюдается одноосная магнитная анизотропия антиферромагнитно упорядоченной подрешетки Mn. Произведено моделирование процессов намагничивания с помощью модели Яффета-Киттеля, которое позволило спрогнозировать индуцированные магнитным полем магнитные фазовые переходы при намагничивании вплоть до насыщения. Необычное магнитное упорядочение в GdMn2Si2 связано с возникновением фрустрированного магнитного состояния слоев атомов Gd, находящихся между двумя антиферромагнитно связанными слоями Mn.

Электрический магнитокиральный эффект и кинетический магнитоэлектрический эффект, индуцированные киральным обменным полем в геликоидальных магнетиках

В.В. Устинов, И.А. Ясюлевич, М.А. Миляев, Л.И. Наумова, Р.С. Заворницын

Построена квантовая теория электронного спинового транспорта в проводящих магнетиках, описывающая целый круг новых гальваномагнитных явлений, обусловленных действием на спин электронов проводимости сил, создаваемых пространственно-неоднородными внешними магнитными полями и/или внутренними полями квантового обменного происхождения. Предсказано существование и дано описание двух новых спин-транспортных эффектов в проводящих киральных гелимагнетиках, которые получили названия «электрический магнитокиральный эффект Штерна-Герлаха» и «кинетический магнитоэлектрический эффект Штерна-Герлаха». Определены условия экспериментального наблюдения явления резонансного усиления новых эффектов до гигантских величин, получившего название «магнитокиральный кинетический резонанс». Синтезированы новые магнитные наногетероструктуры типа «киральный спиновый клапан» на основе гелимагнетиков Ho и Dy, экспериментально показана возможность эффективного управления их магнитотранспортными характеристиками путем вращения магнитной спирали конечного размера в киральном слое, имеющей нескомпенсированный магнитный момент, под действием внешнего магнитного поля. 

Магнитный переход соизмеримая – несоизмеримая фазы в LiNi1-xMxPO4 (M = Co, Mn)

Н.В. Урусова, М.А. Сёмкин, М. Краточвилова, Д.-Г. Парк, А.И. Бескровный, Д.С. Неов, А.С. Волегов, А.П. Носов, А.Н. Пирогов

Методами упругого рассеяния нейтронов, а также с помощью измерений теплоемкости и намагниченности проведено детальное исследование магнитных фазовых переходов (МФП) LiNi1-xMxPO4 (M = Co, Mn) [1-3]. В соединениях на основе LiNiPO4, впервые установлено, что 10% замещение ионов никеля ионами марганца приводит к увеличению температуры перехода соизмеримая – несоизмеримая антиферромагнитная структура (АФМ) с TIC–C = 20.8(1) K до TIC–C = 22.7(1) K и температуры Нееля с TN = 21.8(1) K до TN = 23.0(1) K, что приводит к практически полному подавлению несоизмеримой фазы в LiNi0.9Mn0.1PO4. Показано, что замещение 10% ионов никеля ионами кобальта, напротив, приводит к уменьшению температур МФП LiNi0.9Co0.1PO4, до TIC–C = 20.2(1) K и TN = 21.1(1) K, причем несоизмеримая фаза существует только совместно с соизмеримой АФМ фазой. На рисунке показаны температурные зависимости теплоемкости LiNi1-xMxPO4 (M = Co, Mn), вблизи температур МФП соединений. Отличие МФП в LiNiPO4, состоит в том, что область совместного сосуществования соизмеримой и несоизмеримой фазы ограничена интервалом температур от 20.6 K до 20.8 K, при температуре TN = 21.8(1) K наблюдается переход из несоизмеримой фазы с дальним АФМ в несоизмеримую АФМ структуру с ближним АФМ порядком (т.е. TN ≡ TLRO), который разрушается при нагреве до температуры TSRO = 22.5 K.
Новый класс ферромагнитных сплавов с магнитоуправляемыми эффектами памяти формы и сенсорные элементы на их основе

В.Г. Пушин, В.В. Сагарадзе, Ю.В. Калетина, В.В. Марченков, Е.Г. Герасимов, В.А. Казанцев, А.Ю. Калетин, А.В. Королев, Н.Н. Куранова, Е.Б. Марченкова, В.П. Пилюгин, А.Г. Попов, А.В. Пушин​

Разработан новый класс ферромагнитных сплавов Гейслера с термомагнитоупругими мартенситными превращениями, эффектами памяти формы и сверхупругости. Установлено, что в результате многокомпонентного легирования их критические температуры TC, Ms, Mf, As, Af могут превысить 100°С. Показано, что впервые полученные в ультрамелкозернистом состоянии сплавы отличает высокая термоциклическая прочность и долговечность, а магнитное поле напряженностью 4 МA/м повышает критические температуры на 10°. Обнаружено, что деформационно-индуцированная наноструктуризация переводит сплавы в высокоомное состояние, инициируя атомное разупорядочение и каскадные деформационные фазовые превращения L21 → B2(ОЦК) → A2(ОЦК) → A1(ГЦК). При этом их последующий рекристаллизационный отжиг обеспечивает восстановление дальнего ферромагнитного и атомного порядка по типу L21 сверхструктуры, эффектов обратимой памяти формы, сохранение ультрамелкозернистости и повышение пластичности сплавов. Данные сплавы являются перспективными для применения и могут быть использованы в качестве термоэлектромагнитных сенсорных и магнитоэластокалорических устройств.

Спиновые клапаны как инструмент изучения геликоидального магнетизма

В.В. Устинов, М.А. Миляев, Л.И. Наумова, Р.С. Заворницын, Т.П. Криницина, В.В. Проглядо​

Предложен новый метод изучения киральных магнетиков, в котором индикатором геликоидального магнитного состояния выступает обладающий гигантским магнитосопротивлением спиновый клапан, содержащий слой исследуемого гелимагнетика. Метод апробирован на спиновых клапанах со слоем металлического диспрозия. Из анализа магнитосопротивления спинового клапана при различных температурах определена температурная зависимость угла между направлениями магнитных моментов на границах слоя диспрозия. Значительное изменение данного угла, наблюдаемое во всей температурной области существования геликоидального упорядочения в диспрозии, отражает существенное изменение пространственного периода магнитной спирали диспрозия с температурой.

Перспективные методики определения коэрцитивной силы массивных ферромагнетиков по внутреннему магнитному полю

А.В. Михайлов, Ю.Л. Гобов, В.Н. Костин, Ю.Я. Реутов, В.И. Пудов, О.Н. Василенко

Разработаны перспективные для практического применения методики определения коэрцитивной силы в локальной области массивного ферромагнетика при намагничивании приставными электромагнитами: П-образным и стержневым. Методики основаны на измерении значений напряженности внутреннего поля на границе ферромагнитного объекта при его циклическом перемагничивании Hизм(I) и соотнесении этих значений с зависимостью, полученной в отсутствие объекта H0(I) (рис. 1). Доказано, что для определения коэрцитивной силы предпочтительнее использовать измеренное значение напряженности внутреннего поля, а не значение размагничивающего тока в катушке преобразователя. Такой подход позволяет измерять коэрцитивную силу ферромагнитного объекта даже в случае, если площадь его поперечного сечения много больше площади поперечного сечения магнитопровода измерительного преобразователя, избавиться от мешающего влияния зазора  между преобразователем и поверхностью объекта (рис. 1), а также существенно расширить диапазон измерений, т.к. чувствительность к коэрцитивной силе у локально измеряемой по внутреннему полю относительной величины Hci больше, чем у определяемой по размагничивающему току величины Hct (рис. 2).
Быстрозакаленные нанокристаллические сплавы Fe-Pd, легированные фосфором, бором и кремнием

О.А. Головня, Н.И. Власова, А.Г. Попов, В.С. Гавико

Эквиатомный сплав FePd невозможно получить в нанокристаллическом состоянии методом закалки расплава на вращающееся колесо и коэрцитивная сила Нс получаемых лент не превышает 600 Э. Нанокристаллическая структура была реализована в быстрозакаленных лентах сплава FePd, легированого комплексом металлоидов P, B и Si. Установлено, что в быстрозакаленном сплаве Fe41Pd41P4B8Si6 с оптимальным содержанием легирующих элементов формирование нанокристаллической структуры сопровождается каскадом фазовых превращений: (исходная ОЦК структура) → (наноразмерные зерна ГЦК структуры и гексагональной фазы Fe2P) → (медленное образование зародышей фазы L10) → (интенсивный рост зерен L10 со средним размером 50 нм). Максимальное значение Нс = 1560 Э достигается за 30 минут отжига при Т = 550°С, что в 2.6 раза превышает коэрцитивную силу быстрозакаленного эквиатомного сплава FePd.
Железосодержащие антиферромагнетики Fe0.5TiS2-ySey со слоистой структурой: влияние анионного замещения на фазовые переходы, магнитный гистерезис и магнитосопротивление

Н.В. Баранов, Н.В. Селезнева, Е.М. Шерокалова, А.Ф. Губкин, Ю.А. Баглаева, А.С. Овчинников, А.А. Терещенко, Д.И. Горбунов, А.С. Волегов, А.А. Шерстобитов

Выполнен синтез дихалькогенидов титана Fe0.5TiS2–ySey интеркалированных атомами железа и проведены комплексные исследования магнитной структуры, фазовых переходов и процессов перемагничивания. Установлено, что замещение серы селеном в антиферромагнитных (АФ) соединениях Fe0.5TiS2–ySey приводит к уменьшению периода магнитной структуры, трансформации индуцируемых полем фазовых переходов от типа спин-флип к переходам типа спин-флоп и к увеличению критического поля перехода. Обнаружено, что в соединениях с низким содержанием селена индуцированный полем фазовый переход из АФ в ферромагнитное (Ф) состояние при низких температурах является необратимым и сопровождается значительными изменениями электрического сопротивления. Богатые серой соединения Fe0.5TiS2–ySey ведут себя при низких температурах как высококоэрцитивные ферромагнетики изинговского типа с коэрцитивной силой до 60 кЭ, что представляет интерес для разработки новых магнитотвердых материалов, не содержащих дорогостоящих редкоземельных элементов. Показано, что наряду с изинговским характером ионов Fe за формирование метастабильного Ф-состояния с большой коэрцитивной силой могут быть ответственны магнитоупругие взаимодействия.
Наблюдение квантового топологического эффекта Холла в селениде ртути – кандидате в семейство полуметаллов Вейля

A.T. Лончаков, С.Б. Бобин, В.В. Дерюшкин, В.Н. Неверов

Впервые в физике конденсированного состояния в трехмерной немагнитной системе (кандидате в семейство полуметаллов Вейля – монокристалле HgSe с экстремально низкой концентрацией электронов 8.8·1015 см-3) обнаружен квантовый эффект Холла чисто топологической природы, который наблюдается независимо от ориентации магнитного поля относительно электрического тока. Наиболее четкая «лестничная» структура плато выявлена для магнитополевой зависимости «продольной» холловской проводимости. При этом показано, что появление плато сопровождается минимумом продольного магнитосопротивления. Существующие теоретические представления позволяют ассоциировать обнаруженный квантовый топологический эффект Холла в HgSe с полуцелым квантовым спиновым эффектом Холла для полуметаллов Вейля с отсутствующим центром пространственной инверсии. Квантование «продольной» холловской проводимости может стать перспективным магнитотранспортным методом для детектирования узлов Вейля в твердых телах. Полученные результаты открывают новое направление в магнитотранспорте – исследование квантового спинового (квантового аномального) эффекта Холла в топологических полуметаллах.

Страницы