Лаборатория редкоземельных интерметаллидов

 

Кафедра общей физики и магнитоупорядоченных сред

Физический факультет

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Воробьевы горы, 119992 Москва

 

Руководитель лаборатории - ведущий научный сотрудник  Маркосян Ашот Суренович.

 

Состав группы

1

Маркосян Ашот Суренович

Ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук, профессор

2

Дубенко Игорь Сергеевич

Старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

3

Гайдукова Ирина Юрьевна

Доцент, кандидат физико-математических наук

4

Грановский Сергей Александрович

Научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

5

 

Родимин Вадим Евгеньевич

Физик, кандидат физ.-мат. наук

6

Урываев Владимир Васильевич

Студент 5-го курса

 

Слева направо: Грановский С.А., Родимин  В.Е., Гайдукова И.Ю., Дубенко И.С., Маркосян А.С.

 

 

Общая информация о научной работе

Интересы группы охватывают широкий спектр магнитных явлений в материалах, содержащих 4f и 3d элементы. Основные работы связаны с исследованием магнитных фазовых переходов в интерметаллических соединениях (интерметаллидах) редкоземельных (РЗ) элементов с элементами группы железа - R-3d интерметаллидах. К этим соединениям относят упорядоченные металлические сплавы с точно определенной кристаллической структурой. Среди большого разнообразия R-3d интерметаллидов можно найти материалы, используемые в новой технике и технологии: постоянные магниты, магнитострикционные преобразователи, элементы для записи информации, а также модельные соединения, актуальные для фундаментальной науки [1].

Исследование магнетизма R-3d интерметаллидов является одним из самых современных направлений физики магнитных явлений. В этих соединениях сосуществуют две магнитные подсистемы различной природы. Одна из них, 4f-подсистема, образована локализованными 4f-электронами и описывается атомными характеристиками РЗ ионов. Вторая, d-подсистема, образуется в результате гибридизации подвижных 3d-электронов переходного металла и 5d-электронов РЗ, образующих общую d-зону в энергетическом пространстве. Магнетизм этой подсистемы описывается характеристиками гибридизированной 3d-5d зоны. Соответственно, R-3d интерметаллиды сочетают в себе свойства, характерные как для 4f-металлов (большая анизотропная магнитострикция, Dl/l > 10-3, и большая энергия магнитной кристаллографической анизотропии, Hаниз > 10 Тесла), так и для 3d-металлов (магнитообъемный эффект DV/V порядка 10-3, высокие значения TC, существенно превышающие комнатную температуру).

 

В распоряжении лаборатории имеется различное оборудование для синтеза сплавов и интерметаллических соединений и контроля их качества: электродуговая и индукционная плавильные установки, печи для термообработки, металлографический микроскоп, рентгеновский дифрактометр. Наличие низкотемпературной и высокотемпературной камер к дифрактометру позволяет изучать тепловое расширение твердых тел в интервале температур 5 - 900 К. С помощью этой методики исследуются магнитные и структурные фазовые переходы, магнитоупругие искажения кристаллической структуры (анизотропная магнитострикция), инварный (магнитообъемный) эффект.

 

В группе проводятся поиск и исследования магнитных свойств R-3d интерметаллических соединений, в которых при изменении внешних параметров магнитное состояние зонной подсистемы может изменяться скачком - путем фазового перехода первого рода. В таких соединениях принято говорить о магнитной нестабильности зонной магнитной подсистемы, частным случаем которой является зонный метамагнетизм - возникновение ферромагнитного состояния в зонном парамагнетике путем фазового перехода первого рода при наложении внешнего поля.

 

Если количество двойных R-3d интерметаллидов с химической формулой RmTn составляет несколько сотен, то тройных интерметаллических соединений R-3d-M с формулой RmTnMp насчитывается несколько тысяч. В этой области интересы группы сконцентрированы на исследовании соединений, в которых РЗ и d подрешетки упорядочиваются независимо друг от друга при различных температурах. К ним относятся, в частности, соединения серий RMn2Ge2 и RMn2Si2.

 

Среди научных достижений коллектива можно отметить следующие.

- Обнаружено, что магнитное упорядочение Mn-подсистемы в соединениях RMn2 происходит путем фазового перехода первого рода и сопровождается гигантским объемным эффектом DV/V ~ 10-2 [2, 3] (Рис.1).

- Первое экспериментальное наблюдение явления зонного метамагнетизма в системе псевдобинарных соединений Y(Co1‑xAlx)2 [4] (Рис. 2).

- Обнаружение явления температурно-индуцированного зонного метамагнетизма в соединениях RCo3 с магнитными R [5] (Рис.3). Эти работы стимулировали изучение различных аспектов магнитной нестабильности подсистемы зонных электронов в соединениях RMn2, RCo2 и RCo3 во многих лабораториях мира.

 

 

Рис. 1. Температурная зависимость параметров элементарной ячейки YMn2 в парамагнитной кубической (типа MgCu2) и антиферромагнитной тетрагональной фазах [2]. Ниже TN ~ 90 К парамагнитная и антиферромагнитная фазы сосуществуют. Объемный эффект при антиферромагнитном упорядочении составляет ~ 6% (наивысшее известное значение при магнитном упорядочении). (с-а)/а = -2.6´10-3 при 5 К.

 

 

Рис. 2. Кривые намагничивания соединений Y(Co1‑xAlx)2 при 4.2 К [4]. Составы с x < 0.1 являются зонными парамагнетиками и магнитное поле индуцирует в них метамагнитный переход из парамагнитной в ферромагнитную фазу. В составах с x > 0.1 метамагнитный переход происходит из слабомагнитной в сильномагнитную фазу. Этот эффект является следствием возрастания плотности d-электронных состояний на уровне Ферми при наложении магнитного поля.

 

 

Рис. 3. Температурная зависимость относительного изменения объема элементарной ячейки соединений ErCo3 и HoCo3, нормализованного к комнатной температуре [6]. Ниже ТС имеется положительный магнитный вклад в тепловое расширение, обусловленный магнитным упорядочением подсистемы зонных d-электронов. Дополнительное увеличение объема при низких температурах (при 65 К в ErCo3 и при 180 К в HoCo3) возникает из-за явления зонного метамагнетизма d-подсистемы при увеличении молекулярного магнитного поля, действующего на d-подсистему со стороны редкоземельной, до критического значения.

 

 

Сотрудничество с институтами Российской Федерации:

 

1.      Физический факультет Уральского государственного университета (Екатеринбург)

2.      Санкт-Петербургский институт ядерной физики (Гатчина)

3.      Московский институт радиотехники электроники и автоматики (МИРЭА)

 

Международные научные связи лаборатории:

 

1.      Лаборатория магнетизма Л. Нееля (Гренобль, Франция)

2.      Лаборатория Леона Бриллюэна (Сакле, Франция)

3.      Институт Ван дер Ваальса - Зеемана при Амстердамском университете (Голландия)

4.      Институт физики твердого тела Венского Технологического университета (Австрия)

5.      Институт общей физики Дрезденского технического университета (Германия)

6.      Институт физики Чешской академии наук, Прага (Республика Чехия)

7.      Институт физики твердого тела Токийского университета (Япония)

8.      Институт молекулярных исследований, Национальные исследовательские институты, г. Оказаки (Япония)

9.      Физический факультет университета штата Южный Иллинойс, Карбондейл (США)

10.  Бразильский национальный центр фундаментальной физики, Рио де Жанейро (Бразилия)

11.  Институт физики металлов, Шеньянь (Китайская Народная Республика)

 

 

Литература

1.      A.S. Markosyan, Magnetism of alloys of 4f (R) and 3d elements (T), Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Elsevier Science Ltd. (2001) Vol. Magnetism, pp. 78-85.

2.      И.Ю. Гайдукова, А.С. Маркосян, Структурный фазовый переход первого рода в парамагнитном соединении YMn2, ФММ 54 (1982) 168-170.

3.      И.Ю. Гайдукова, С.Б. Кругляшов, А.С. Маркосян, Р.З. Левитин, Ю.Г. Пастушенков, В.В. Снегирев, Метамагнетизм марганцевой подсистемы в интерметаллических соединениях RMn2, ЖЭТФ 57 (1983) 1083-1088.

4.      В.В. Александрян, А.С. Лагутин, Р.З. Левитин, А.С. Маркосян, В.В. Снегирев, Метамагнетизм зонных d-электронов в YCo2: исследование метамагнитных переходов в Y(Co1‑xAlx)2, ЖЭТФ 62 (1985) 153-155.

5.      N. Ali, I.S. Dubenko, I.Yu. Gaidukova, A.S. Markosyan, V.E. Rodimin, Temperature induced magnetic instability in the itinerant Co subsystem of the Er1‑xYxCo3 compounds, Physica B 281&282 (2000) 696-698.

6.      E. Gratz, A.S. Markosyan, I.Yu. Gaidukova, V.E. Rodimin, St. Berger, E. Bauer, H. Michor, Temperature induced itinerant electron metamagnetism in ErCo3 and HoCo3: influence of an external field and pressure, Solid State Commun. 120 (2001) 191-194.