Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца
Представлен анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований ряда арсенидов и оксидов марганца, для которых в определенной области давлений P и температур T наблюдаются необратимые, индуцированные магнитным полем H переходы. Показано, что такие P–T-области соответствуют метастабильн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2014
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107320 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца / В.И. Вальков, Б.М. Тодрис // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 2. — С. 43-54. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860071502735474688 |
|---|---|
| author | Вальков, В.И. Тодрис, Б.М. |
| author_facet | Вальков, В.И. Тодрис, Б.М. |
| citation_txt | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца / В.И. Вальков, Б.М. Тодрис // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 2. — С. 43-54. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Представлен анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований ряда арсенидов и оксидов марганца, для которых в определенной области давлений P и температур T наблюдаются необратимые, индуцированные магнитным полем H переходы. Показано, что такие P–T-области соответствуют метастабильным состояниям и отделяют стабильные ферромагнитную (FM) и ферримагнитную (FIM) фазы от парамагнитной (PM), антиферромагнитной (AF) и спинстекольной (SG). Приведены наиболее характерные особенности H–T-, P–T-диаграмм, в которых реализуются метастабильные области. Анализ механизмов возникновения метастабильных областей проведен в рамках моделей с сильным магнитоупругим взаимодействием.
Представлено аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень ряду арсенидів та оксидів марганцю, для яких в деякій області тисків Р і температур Т спостерігаються незворотні, індуковані магнітним полем Н переходи. Показано, що такі P–T-області відповідають метастабільним станам і вiдділяють стабільні феромагнітну (FM) та феримагнітну (FIM) фази від пармагнітноï (PM), антиферомагнітної (AF) і спін-стекольної (SG). Наведено найбільш характерні особливості H–T-, P–T-діаграм, в яких реалізуються метастабільні області. Аналіз механізмів виникнення метастабільних областей проведено в рамках моделей із сильною магнітопружною взаємодією.
The analysis of the results of experimental and theoretical investigations of a number of arsenides and manganese oxides is reported where magnetic field-induced irreversible phase transitions are observed in a certain range of pressure P and temperature T. It is demonstrated that these P–T areas correspond to metastable states and separate stable ferromagnetic (FM), ferrimagnetic (FIM) phases and paramagnetic (PM), antiferromagnetic (AF), spin-glass (SG) phases. The most characteristic features of H–T, P–T diagrams are presented where metastable areas are realized. The analysis of the mechanisms of the emergence of metastable areas has been carried out within the frameworks of the models of strong magnetoelastic coupling.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:10:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
© В.И. Вальков, Б.М. Тодрис, 2014
PACS: 71.20.Be, 75.50.Ee, 75.50.Gg, 75.10.Lp, 75.50.Lk
В.И. Вальков, Б.М. Тодрис
БАРИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МАГНИТНЫХ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ
АРСЕНИДОВ И ОКСИДОВ МАРГАНЦА
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 12 ноября 2013 года
Представлен анализ результатов экспериментальных и теоретических исследова-
ний ряда арсенидов и оксидов марганца, для которых в определенной области дав-
лений P и температур T наблюдаются необратимые, индуцированные магнитным
полем H переходы. Показано, что такие P–T-области соответствуют метаста-
бильным состояниям и отделяют стабильные ферромагнитную (FM) и ферримаг-
нитную (FIM) фазы от парамагнитной (PM), антиферромагнитной (AF) и спин-
стекольной (SG). Приведены наиболее характерные особенности H–T-, P–T-диа-
грамм, в которых реализуются метастабильные области. Анализ механизмов воз-
никновения метастабильных областей проведен в рамках моделей с сильным маг-
нитоупругим взаимодействием.
Ключевые слова: антиферромагнетики, ферримагнетики, спиновые стекла, элек-
тронная структура
Представлено аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень
ряду арсенидів та оксидів марганцю, для яких в деякій області тисків Р і темпера-
тур Т спостерігаються незворотні, індуковані магнітним полем Н переходи. Пока-
зано, що такі P–T-області відповідають метастабільним станам і вiдділяють
стабільні феромагнітну (FM) та феримагнітну (FIM) фази від пармагнітноï (PM),
антиферомагнітної (AF) і спін-стекольної (SG). Наведено найбільш характерні
особливості H–T-, P–T-діаграм, в яких реалізуються метастабільні області. Аналіз
механізмів виникнення метастабільних областей проведено в рамках моделей із
сильною магнітопружною взаємодією.
Ключовi слова: антиферомагнетики, феримагнетики, спiновi стекла, електронна
структура
1. Введение
Проведенные под руководством академика НАН Украины А.А. Галкина и
чл.-кор. НАНУ Э.А. Завадского работы [1–3], в которых исследовались не-
обратимые, индуцированные магнитным полем переходы первого рода
PM–FM, AF–FM, AF–FIM, явились стимулом для развития теоретических
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
44
представлений о природе возникновения устойчивых метастабильных со-
стояний в магнетиках с гигантской магнитострикцией [4–6]. Под метаста-
бильными следует понимать состояния, которые обладают локальными ми-
нимумами энергии и разделены энергетическим барьером. Сохранение этого
барьера в некотором интервале внешних воздействий гарантирует устойчи-
вость любого из метастабильных состояний, в котором система может ока-
заться, для этого интервала.
Согласно [4–6] основой механизма стабилизации энергетического барье-
ра, разделяющего конкурирующие фазы, является так называемая магнито-
стрикционная блокировка образования зародышей FM-фазы с бόльшим объ-
емом в PM(AF)-матрице с меньшим объемом. Без такой блокировки точка
фазового перехода определяется условиями равенства энергий локальных
минимумов, а сам переход первого рода между конкурирующими состоя-
ниями является безгистерезисным (переходы пар–жидкость, жидкость–лед).
Наличие блокировки образования зародышей, обусловленное магнитострик-
цией, может раздвигать границы фазового перехода до границ лабильности,
обусловленных только магнитоупругими постоянными материала без учета
процессов зародышеобразования. При этом физическая природа появления
магнитострикции в различных типах магнетиков может качественно отли-
чаться [7], но ее присутствие всегда отражается на характере магнитных фа-
зовых P–T-диаграмм.
В настоящей работе проведен анализ барических особенностей магнит-
ных фазовых P–Т-диаграмм в ряде арсенидов и оксидов марганца в рамках
модели взаимодействующих параметров порядка в присутствии большой
магнитострикции.
2. «Скрытые» ферромагнитные и ферримагнитные фазы
в арсенидах и оксидах марганца
При исследовании условий устойчивости PM- и AF-состояний в магнит-
ном поле сплавов Mn1–yCoyAs, Mn1–xFexAs (0.01 < х, y < 0.03) с ромбической
кристаллической решеткой В31 (группа симметрии Pnma) [1–3,8] и сплавов
Feа–xMnxAs (1.95 ≤ а ≤ 2.35) с тетрагональной кристаллической решеткой
С38 (группа симметрии P4/nmm) [9,10] были обнаружены необратимые эф-
фекты воздействия магнитного поля на процессы стабилизации FM(FIM)-
фаз. Аналогичные эффекты обнаружены также в некоторых оксидах мар-
ганца (с сильным структурным беспорядком в решетке с ромбической сим-
метрией Pnma), в частности в образцах системы (Sm1–xGdx)0.55Sr0.45MnO3, в
которых исходное непроводящее состояние являлось спин-стекольным
[11,12].
Эффекты необратимого индуцирования переходов магнитным полем воз-
никают при определенных температурах, когда напряженность магнитного
поля достигает величины первого критического значения Нc1(Т). Существо-
вание таких необратимых переходов свидетельствует о реализации P–Т-
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
45
области, в которой в отсутствие поля исходное и индуцированное состояния
проявляются как метастабильные. Необратимым индуцированным перехо-
дам обычно предшествуют обратимые, для которых характерно существова-
ние двух значений критических полей: Нc1(Т), Нc2(Т). При этом кривые на-
магничивания σ(H) и температурные зависимости критических полей инду-
цирования Нc1, Нc2 являются качественно подобными и не зависят от исход-
ного (PM, AF) и конечного (FM, FIM) состояний. В качестве примеров на
рис. 1 и 2 приведены зависимости Нc1(Т), Нc2(Т) и σ(H) для ряда систем, в
которых наблюдаются необратимые эффекты, сопровождающие индуциро-
ванные магнитным полем переходы первого рода в FM(FIM)-состояние. Для
определения значений напряженности Нc1 и Нc2 используется зависимость
dσ/dH.
25 50 75 100
0
50
100
150
200
АF
LFIM Hc2
Hc1
H
c, k
O
e
T, K
T2
а б
0 20 40 60 80 100 120 140
0
20
40
60
80
100
H
c , k
O
e
T, K
PМ
FM
SG
TSG
Hc1
Hc2
в
Рис. 1. Температурные зависимости
критических полей при атмосферном
давлении, характерные для систем, в
которых наблюдаются необратимые,
индуцированные магнитным полем пре-
вращения: а – [2], б – [9,10], в – [12]; Т2,
ТSG – температуры спонтанных перехо-
дов LFIM–AF и SG–PM соответственно
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
46
100 200 300
3
H, kOe
σ, Gs·сm3·g–1
Hc1
16
8
–8
0
100 200 300
H, kOe
2
116
8
–8
0
40 20 0 20 40 60 80
60
40
20
0
20
40
60
–
–
–
–
Hc2
σ,
G
s·с
m
3 /g
, (
dσ
/d
H
)·(
dH
/d
t),
V
H, kOe
1
2
Hc1
–
а б
Рис. 2. Полевые зависимости намагниченности некоторых сплавов арсенидов (а) и
оксидов (б) марганца, описывающие необратимые, индуцированные магнитным
полем переходы: а – монокристаллический образец Fe0.78Mn0.18As [9]; б – поликри-
сталлический образец (Sm0.5Gd0.5)0.55Sr0.45MnO3 [12]: а: 1 – первоначальное намаг-
ничивание из исходной AF-фазы при Т = 77 K и атмосферном давлении; 2 – зави-
симость dσ/dН; 3 – намагничивание необратимой индуцированной LFIM-фазы при
T = 77 K; б: 1 – первоначальное намагничивание из исходного SG-состояния при
T = 20 K; 2 – то же, что на рис. 2,а
Как видно из рис. 1, характерной особенностью зависимостей Нc1(Т) и
Нc2(Т) в изученных материалах является присутствие минимума для зависи-
мости Нc1(Т) (поля возникновения необратимо индуцированной фазы) и
низкотемпературного промежутка с Нc2 (Т ≤ T2) = 0. Значение T2 совпадает с
границей лабильности индуцированной фазы (температурой исчезновения
намагниченности необратимо индуцированной фазы T2, измеренной в нуле-
вом магнитном поле после окончания действия импульсного поля). Наличие
участка с Нc2 (Т ≤ T2) = 0 является обязательным условием существования
необратимых, индуцированных полем эффектов. В процессах намагничива-
ния этот эффект проявляется в виде асимметрии зависимости σ(H) по отно-
шению к H = 0 при изменении знака импульса поля (кривые 1 на рис. 2). При
этом долговременное существование необратимо индуцированной фазы
проверяется при повторных измерениях зависимости σ(H) (кривая 3 на рис. 2,а).
Для долговременных необратимых эффектов кривые 3 имеют характерный
вид симметричной гистерезисной петли для ферромагнетика. В некоторых
случаях кривые σ(H) при повторных измерениях совпадают с первоначаль-
ными кривыми 1. Это свидетельствует о быстрой релаксации необратимо
индуцированной фазы. Впервые такие явления наблюдались авторами на
образцах Fe0.55Mn1.04As, Fe0.5Mn1.1As в [13,14], в которых в отличие от выше-
приведенных систем удельные объемы исходной и индуцированной фаз разли-
чаются незначительно (рис. 3). Этот показатель является решающим и для ба-
рических особенностей исследованных систем. В системах со значительной
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
47
величиной спонтанной магнитострикции порядка или выше 1% барические
особенности проявляются в факте присутствия гигантской метастабильной
области на P–Т-диаграммах (рис. 4). Эта область находится между кривыми
T1(Р) и T2(Р), которые соответствуют границам лабильности (абсолютной
неустойчивости) исходной (PM, AF) и необратимо индуцированной (FM,
FIM) фаз. При этом если для сплавов на основе арсенидов марганца линия
Т1(Р) находится в области отрицательных давлений (рис. 4,а,б), а линия
Т2(Р) захватывает и область положительных, то для образцов системы
(Sm1–xGdx)0.55Sr0.45MnO3 картина распределения границ лабильности меня-
ется на противоположную (рис. 4,в). Однако в обоих случаях наиболее важ-
ные свойства метастабильной области являются одинаковыми: в этих облас-
тях возможны необратимые, индуцированные магнитным полем переходы в
FM-фазу. Причем намагниченность FM-фазы, сохраняющейся ниже линии
T2(Р), исчезает скачком на этой линии. При этом переход при T2 сопровож-
дается либо скачкообразными уменьшением (арсениды Mn), либо возраста-
нием (оксиды Mn) удельного объема.
3. Анализ механизмов появления метастабильных областей
в P–Т-пространстве
Как уже упоминалось выше, необратимые эффекты в магнитоупорядо-
ченных системах сопровождаются необратимыми изменениями исходно-
го типа магнитного порядка, удельного объема и, иногда, симметрии ре-
шетки (сплавы на основе MnAs). Механизмы формирования таких областей
Рис. 3. Полевые и барические зависимо-
сти магнитных характеристик образца
Fe0.5Mn1.1As при T = 20 K: а – изобари-
ческие полевые зависимости намагни-
ченности [14], стрелками вправо (влево)
обозначены увеличение (снижение) на-
пряженности магнитного поля; б – ба-
рические зависимости остаточной σ0 (○)
и индуцированной в поле H σH (●) на-
магниченности
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
48
4 3 2 1 0 1 2–––
AF
LFIM
P, kbar
T, K
T1
T2
100
50
–
а б
0 5 10 15 20 25 30
20
40
60
80
100
120
140
T,
K
P, kbar
FM
PM
SG
TSG
T1
T2
в
во многом сходны и представляют собой суперпозицию микро- и макроско-
пических особенностей материала. При этом необходимым проявлением та-
ких особенностей является наличие спонтанного превращения первого рода
между упорядоченной и разупорядоченной или между двумя упорядочен-
ными фазами. Например, как показано в [7], в магнетиках с коллективизиро-
ванными носителями магнетизма (коллективизированные d-электроны) ос-
новной вклад в механизм протекания магнитного разупорядочения как пере-
ходов первого рода может вносить зависимость фурье-компонент интегра-
лов переноса ( )k iiuε d-электронов от объема uii:
( ) ( )1k ii k iiu uε = ε − α , (1)
где εk соответствует фурье-компоненте интеграла переноса несжимаемой
системы, коэффициент α > 0 определяет взаимосвязь между зонными и уп-
ругими характеристиками d-электронов.
Согласно [7] присутствие этой зависимости в виде (1) усиливает тен-
денцию к протеканию магнитного разупорядочения как фазового превра-
щения первого рода. В математическом плане это происходит за счет пере-
Рис. 4. Магнитные фазовые P–T-диаграм-
мы Mn0.98Fe0.02As (а), Fe0.78Mn0.18As (б) и
(Sm0.5Gd0.5)0.55Sr0.45MnO3 (в): T1(T2) –
температура спонтанного возникнове-
ния (исчезновения) FM-фазы. Зависи-
мости T1(P), T2(P) соответствуют гра-
ницам метастабильных областей PM–FM,
AF–LFIM; TSG – барическая зависимость
температуры перехода из PM- в SG-со-
стояние
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
49
нормировки величин исходных коэффициентов αi (α = 0) разложения сво-
бодной энергии f (M0) в ряд по намагниченности M0 к коэффициентам
( ),i i ia a a P x= − αΔ :
( ) ( ) ( ) ( )2 4 6
0 1 0 3 0 5 0
1 1 1 ...
2 4 6
f M a M a M a M= + + + . (2)
При 3 3a a< αΔ коэффициент 3a после перенормировки оказывается от-
рицательным, и магнитное разупорядочение реализуется как превращение
первого рода.
В этом случае обратная восприимчивость, а значит, и температура Кюри
приобретают дополнительную зависимость от давления P и температуры T
из-за сильной температурной зависимости среднеквадратичной флуктуации
намагниченности x. При этом согласно [7] магнитострикционные особенно-
сти таких переходов значительно усиливаются, если магнитное разупорядо-
чение сопровождается разрушением локального магнитного момента одного
из катионов. В этом случае можно ожидать включения механизма магнито-
стрикционной блокировки образования зародышей [5] и, как следствие, об-
разования широких метастабильных областей.
Такой вклад в микроскопический механизм стабилизации конкурирую-
щих магнитоупорядоченных фаз может также приводить к изменению рода
переходов порядок–порядок. Как показано в [15], индуцированные магнит-
ным полем переходы из AF-состояния в скошенное слабоферримагнитное
(LFIM) в системе Fe2–xMnxAs могут реализовываться как плавные и скач-
кобразные в зависимости от изменения характеристик плотности электрон-
ных состояний и электронного заполнения магнитоактивной зоны [16]. На
рис. 5 и 6 приведены модельные зависимости намагниченности от поля и
энергии от намагниченности при различном заполнении магнитиоактивной
зоны n. Как видно из рисунков, при увеличении степени заполнения зоны от
n = 1.2066 к n = 1.225 характер намагничивания AF-состояния изменяется от
плавного (рис. 5,б), характерного для образцов с большим содержанием Mn,
к скачкообразному, которое в образцах с небольшим содержанием Mn реа-
лизуется как необратимое индуцированное превращение первого рода AF–
LFIM (рис. 5,а). Кривая зависимости энергии от намагниченности в этом
случае показывает два минимума, разделенных энергетическим барьером
между состояниями AF (m00 = 0) и LFIM (m00 ≠ 0) (рис. 6,а), и его отсутст-
вие в первом случае (рис. 6,б). Стабилизация этого барьера в широком
диапазоне температур и давлений ответственна за широкую метастабиль-
ную область в P–T-пространстве в образцах Fe0.78Mn0.18As (см. рис. 4,б) и
Fe0.815Mn1.185As (см. рис. 1,б).
Примером макроскопического воздействия, которое изменяет род маг-
нитного превращения, могут быть некоторые результаты экспериментальных
исследований магнитокалорической системы Mn1−xCrxNiGe. В этой системе
происходит изменение характера магнитного фазового перехода PM−FM
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
50
0 50 100 150
0
0.1
0.2
0
0.2
0.4
0.6
n = 1.225
m
, M
, μ
B
/io
n
H, kOe
aHc1
m00
m
m
M
n = 1.2066
m
,
μ B
/io
n
б
0 0.1 0.2 0.3
–0.2508846
–0.2508840
–0.2508834
–0.2424185
–0.2424180
–0.2424175
H = 0 n = 1.225
m0, μ
B
m00
E, Ry
a
б
H = 0 n = 1.2066
Рис. 5. Изменение рода индуцированного полем перехода AF–LFIM в Fe0.765Mn1.185As
(а) и Fe0.63Mn1.37As (б) при изменении электронного заполнения n магнитоак-
тивной зоны. Сплошным (штрихпунктирным) линиям соответствуют значения
FM-компоненты магнитного момента минимума (максимума) зависимости
F(m0(Н))
Рис. 6. Зависимость свободной энергии скошенного LFIM-состояния в Fe0.765Mn1.185As
(а) и Fe0.63Mn1.37As (б) от магнитного момента для различного электронного запол-
нения n(х). Величина m00 соответствует равновесному значению FM-компоненты
полного магнитного момента при H = 0
от изоструктурного превращения второго рода (наблюдается у медленно охлаж-
денных (отожженных) образцов, рис. 7,a) до магнитоструктурного фазового пре-
вращения первого рода (реализуется в образцах, закаленных от 850°C в воду,
рис. 7,б). У отожженных образцов при T = Tstr наблюдается высокотемператур-
ный мартенситный переход из высокотемпературной гексагональной структуры
типа Ni2In (PM) (пространственная группа Р63/mmc) в низкотемпературную ор-
торомбическую структуру типа TiNiSi (PM) (пространственная группа Pnma, c >
> a > b). Если в результате твердотельной закалки температура мартенситного
перехода совмещается с температурой магнитного упорядочения [17,18], то на
фоне стабилизации магнитного упорядочения FM (Pnma), обусловленного
понижением температуры, происходит включение конкуренции между пара-
метрами структурного и магнитного порядков. В известной степени эта ситуа-
ция обратна особенностям магнитоструктурного перехода в MnAs, в котором
возникновение магнитного порядка сопровождается структурным переходом
Pnma (PM)–Р63/mmc (FM). В MnAs такая конкуренция вносит существенный
вклад в формирование метастабильной области на фазовой P–T-диаграмме
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
51
100 200 300 400
0
25
50
75
T, K
M
, e
m
u/
g
100 200 300 400
0
25
50
75
M
, e
m
u/
g
T, K
а б
Рис. 7. Температурные зависимости намагниченности сплавов Mn1−xCrxNiGe, сня-
тые в магнитном поле с индукцией B = 0.97 T, в случаях медленного охлаждения от
температуры отжига Тann = 850°C (а) и закалки в воду от этой температуры (б): □ −
x = 0.04, △ − 0.11, ○ − 0.18
этого соединения. Можно предположить, что и в системе Mn1−xCrxNiGe до-
пустимо появление больших метастабильных областей, поскольку наблю-
даемый магнитоструктурный переход первого рода Pnma (PM)–Pnma (FM),
сопровождающийся сильной магнитострикцией, может приводить к магни-
тострикционной блокировке [5] и стабилизации устойчивого энергетическо-
го барьера между конкурирующими фазами.
Механизмы появления гигантской метастабильной области в манганитах,
и в частности в некоторых образцах системы (Sm1–xGdx)0.55Sr0.45MnO3 [11],
менее исследованы. На основе последних экспериментальных данных и тео-
ретических подходов [19] можно сделать вывод о том, что объемная зависи-
мость характеристических обменных параметров 2 2
ij c
J J= , 0 ij c
J J= на
фоне взаимодействия магнитного и SG-параметров порядка спин-стеколь-
ной модели Киркпатрика и Шеррингстона [20,21] может быть причиной по-
явления сильной раздвижки границ лабильности переходов первого рода
PM–FM–SG в этой системе.
4. Заключение
Накопленные знания о необратимых переходах позволяют понять и
предвидеть случаи неоднозначного поведения функциональных свойств
магнитоупорядоченного материала при изменении температуры, магнит-
ного поля и давления при гидростатическом прессовании и гидроэкстру-
зии. Действительно, присутствие магнитоструктурных фазовых перехо-
дов в таких материалах может стать причиной стабилизации одной из не-
скольких фаз при снятии гидростатической нагрузки на образец. В этом
случае наряду с температурой и величиной максимального давления маг-
нитное поле может оказывать необратимое существенное влияние на
процессы формирования конечных метастабильных свойств деформируе-
мого материала.
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
52
Один из способов устранения метастабильных областей и соответственно
метастабильных свойств состоит в целенаправленном формировании слои-
стых структур с анизотропными магнитострикционными переходами, при
которых спонтанные магнитообъемные деформации становятся минималь-
ными, а характер перехода первого рода сохраняется.
1. А.А. Галкин, Э.А. Завадский, В.М. Смирнов, В.И. Вальков, ДАН СССР 218, 552
(1974).
2. А.А. Галкин, Э.А. Завадский, В.М. Смирнов, В.И. Вальков, Письма в ЖЭТФ 20,
253 (1974).
3. Э.А. Завадский, В.И. Вальков, Магнитные фазовые переходы, Наукова думка,
Киев (1980).
4. И.Н. Нечипоренко, ФНТ 1, 1481 (1975).
5. В.Г. Барьяхтар, И.М. Витебский, Д.А. Яблонский, ФТТ 23, 1448 (1981).
6. Э.А. Завадский, В.И. Каменев, Е.П. Стефановский, А.Л. Cукстанский, Д.А. Яб-
лонский, Препринт ДонФТИ 91-14, Донецкий физ.-техн. ин-т НАН Украины,
Донецк (1991).
7. В.И. Вальков, А.В. Головчан, ФНТ 39, 904 (2013).
8. В.И. Вальков, Е.Г. Галкина, Э.А. Завадский, В.И. Каменев, Б.М. Тодрис, ФТТ 23,
2209 (1981).
9. В.И. Вальков, Е.А. Хапалюк, Н.А. Романова, С.А. Бужинский, ФТТ 37, 1455
(1995).
10. В.И. Вальков, И.Ф. Грибанов, А.В. Головчан, Б.М. Тодрис, ФНТ 31, 1277 (2005).
11. Y. Tomioka, Y. Okimoto, J.H. Jung, R. Kumai, and Y. Tokura, Phys. Rev. B68,
094417 (2003).
12. Б.М. Тодрис, Е.А. Дворников, Ф.Н. Буханько, В.И. Вальков, ФНТ 35, 998 (2009).
13. Э.А. Завадский, В.И. Вальков, В.М. Кирбитов, Н.А. Романова, Б.М. Тодрис, ФТТ
29, 2309 (1987).
14. С.К. Асадов, В.И. Вальков, Э.А. Завадский, В.И. Каменев, Б.М. Тодрис, ФНТ 30,
932 (2004).
15. В.И. Вальков, А.В. Головчан, Д.В. Варюхин, ФНТ 39, 203 (2013).
16. В.И. Вальков, А.В. Головчан, Д.В. Варюхин, Т.С. Сиваченко, ФТВД 23, № 2, 24
(2013).
17. А.П. Сиваченко, В.И. Митюк, В.И. Каменев, А.В. Головчан, В.И. Вальков, И.Ф. Гри-
банов, ФНТ 39, 1350 (2013).
18. И.Ф. Грибанов, А.П. Сиваченко, В.И. Каменев, В.И. Митюк, Л.И. Медведева,
Е.А. Дворников, Т.С. Сиваченко, ФТВД 23, № 3, 23 (2013).
19. В.И. Митюк, В.И. Каменев, А.В. Головчан, В.И. Вальков, И.Ф. Грибанов, ФНТ
40, 230 (2014).
20. D. Sherrington, S. Kirkpatrick, Phys. Rev. Lett. 35, 1792 (1975).
21. S. Kirkpatrick, D. Sherrington, Phys. Rev. B17, 4384 (1978).
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
53
V.I. Valkov, B.M. Todris
BARIC PECULIARITIES OF MAGNETIC PHASE DIAGRAMS
OF ARSENIDES AND MANGANESE OXIDES
The analysis of the results of experimental and theoretical investigations of a number of
arsenides and manganese oxides is reported where magnetic field-induced irreversible
phase transitions are observed in a certain range of pressure P and temperature T. It is
demonstrated that these P–T areas correspond to metastable states and separate stable fer-
romagnetic (FM), ferrimagnetic (FIM) phases and paramagnetic (PM), antiferromagnetic
(AF), spin-glass (SG) phases. The most characteristic features of H–T, P–T diagrams are
presented where metastable areas are realized. The analysis of the mechanisms of the
emergence of metastable areas has been carried out within the frameworks of the models
of strong magnetoelastic coupling.
Keywords: antiferromagnetics, ferrimagnetics, spin-glasses, electronic structure
Fig. 1. Temperature dependences of the critical fields at ambient pressure that are char-
acteristics of the systems with magnetic field-induced irreversible transformations: a –
[2], б – [9,10], в – 12; T2, TSG are the temperatures of spontaneous transition LFIM–AF
and SG–PM, respectively
Fig. 2. Field dependences of magnetization of some arsenide alloys (a) and manga-
nese oxides (б) that describe magnetic field induced irreversible transitions: a – single
crystal Fe0.78Mn0.18As [9], б – polycrystal (Sm0.5Gd0.5)0.55Sr0.45MnO3 [12]: a: 1 –
initial magnetization of the original AF phase at T = 77 K and ambient pressure; 2 –
dependence dσ/dH; 3 – magnetization of irreversible induced LFIM phase at T = 77 K;
б: 1 – initial magnetization of the original SG state at T = 20 K; 2 – the same as in
Fig. 2,a
Fig. 3. Field and pressure dependences of the magnetic characteristics of the
Fe0.5Mn1.1As sample at T = 20 K: a – isobaric field dependences of magnetization [14],
right and left arrows mark increase (decrease) in the magnetic field; б – baric depen-
dences of residual magnetization σ0 (○) and magnetization induced in magnetic field H
σH (●)
Fig. 4. Magnetic phase P–T diagrams of Mn0.98Fe0.02As (a), Fe0.78Mn0.18As (б) and
(Sm0.5Gd0.5)0.55Sr0.45MnO3 (в): T1(T2) – the temperature of spontaneous appearance
(disappearance) of FM phase. T1(P), T2(P) dependences correspond to the boundaries of
the metastable areas PM–FM, AF–LFIM; TSG – baric dependence of the temperature of
transition from PM to SG state
Fig. 5. Alternation of the type of field-induced AF–LFIM transition in Fe0.765Mn1.185As
(a) and Fe0.63Mn1.37As (б) when the electron occupation of magnetoactive zone n
changes. Solid (dashed) lines correspond to the values of FM component of the magnetic
moment of the minimum (maximum) of F(m0(H))
Fig. 6. Magnetic moment dependence of free energy of oblique LFIM state in
Fe0.765Mn1.185As (a) and Fe0.63Mn1.37As (б) for varied electron occupation n(x). The
Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 2
54
value of m00 corresponds to the equilibrium magnitude of FM component of the total
magnetic moment at H = 0
Fig. 7. Temperature dependences of magnetization of the Mn1–xCrxNiGe in magnetic
field with induction B = 0.97 T under slow cooling from the annealing temperature Tann =
= 850°C (a) and water quenching from the same temperature (б): □ – x = 0.04, ∆ – 0.11,
○ – 0.18
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-107320 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:10:37Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вальков, В.И. Тодрис, Б.М. 2016-10-18T11:50:24Z 2016-10-18T11:50:24Z 2014 Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца / В.И. Вальков, Б.М. Тодрис // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 2. — С. 43-54. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 71.20.Be, 75.50.Ee, 75.50.Gg, 75.10.Lp, 75.50.Lk https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107320 Представлен анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований ряда арсенидов и оксидов марганца, для которых в определенной области давлений P и температур T наблюдаются необратимые, индуцированные магнитным полем H переходы. Показано, что такие P–T-области соответствуют метастабильным состояниям и отделяют стабильные ферромагнитную (FM) и ферримагнитную (FIM) фазы от парамагнитной (PM), антиферромагнитной (AF) и спинстекольной (SG). Приведены наиболее характерные особенности H–T-, P–T-диаграмм, в которых реализуются метастабильные области. Анализ механизмов возникновения метастабильных областей проведен в рамках моделей с сильным магнитоупругим взаимодействием. Представлено аналіз результатів експериментальних і теоретичних досліджень ряду арсенидів та оксидів марганцю, для яких в деякій області тисків Р і температур Т спостерігаються незворотні, індуковані магнітним полем Н переходи. Показано, що такі P–T-області відповідають метастабільним станам і вiдділяють стабільні феромагнітну (FM) та феримагнітну (FIM) фази від пармагнітноï (PM), антиферомагнітної (AF) і спін-стекольної (SG). Наведено найбільш характерні особливості H–T-, P–T-діаграм, в яких реалізуються метастабільні області. Аналіз механізмів виникнення метастабільних областей проведено в рамках моделей із сильною магнітопружною взаємодією. The analysis of the results of experimental and theoretical investigations of a number of arsenides and manganese oxides is reported where magnetic field-induced irreversible phase transitions are observed in a certain range of pressure P and temperature T. It is demonstrated that these P–T areas correspond to metastable states and separate stable ferromagnetic (FM), ferrimagnetic (FIM) phases and paramagnetic (PM), antiferromagnetic (AF), spin-glass (SG) phases. The most characteristic features of H–T, P–T diagrams are presented where metastable areas are realized. The analysis of the mechanisms of the emergence of metastable areas has been carried out within the frameworks of the models of strong magnetoelastic coupling. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца Baric peculiarities of magnetic phase diagrams of arsenides and manganese oxides Article published earlier |
| spellingShingle | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца Вальков, В.И. Тодрис, Б.М. |
| title | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| title_alt | Baric peculiarities of magnetic phase diagrams of arsenides and manganese oxides |
| title_full | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| title_fullStr | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| title_full_unstemmed | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| title_short | Барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| title_sort | барические особенности магнитных фазовых диаграмм арсенидов и оксидов марганца |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107320 |
| work_keys_str_mv | AT valʹkovvi baričeskieosobennostimagnitnyhfazovyhdiagrammarsenidovioksidovmarganca AT todrisbm baričeskieosobennostimagnitnyhfazovyhdiagrammarsenidovioksidovmarganca AT valʹkovvi baricpeculiaritiesofmagneticphasediagramsofarsenidesandmanganeseoxides AT todrisbm baricpeculiaritiesofmagneticphasediagramsofarsenidesandmanganeseoxides |