Взаємозв’язок електротранспортних властивостей невпорядкованих систем з їх електронною та атомною структурами

Для АМС Fe-ПМ-В з ПМ у яких Zd0 особливість r(T) в околі їх ТС вважалася наслідком додаткових внесків від магнітних механізмів розсіювання. В такому випадку, різницевий електроопір r=(r-rапр), одержаний відніманням екстрапольованої в область ТТС лінійної залежності r(T), справедливої при Т>TC, повинен відображати температурний внесок від магнітного механізму. Виявилось, що залежність r(Т) не є пропорційною Т2 або Т3/2, які характеризують магнітне розсіювання, хоча експериментальні криві r(Т) при ТТС можна апроксимувати поліномом 2-ї степені. Аналіз показав, що отримані в такий спосіб залежності r(Т) пропорційні Т1/2, що видно з рис.13. Така добавка r(Т) наявна у всіх АМС цієї групи, а їх r(Т) можна записати у вигляді:

де rБ(Т) - основний внесок в електричний опір, а два інші доданки визначають температурну залежність r(Т) (е1/2>0). Відношення е0/b0, що визначає внесок від r(Т) при Т=0, не перевищує 8%, тобто, можна вважати, що r(T)<<rБ(T). Наявність внеску в r, пропорційного Т1/2, відносять до ефектів електрон-електронної взаємодії (ЕЕВ), або слабкої локалізації (СЛ). Переважно таку залежність використовували лише для пояснення низькотемпературних аномалій електроопору. Але існування цього внеску на фоні лінійної температурної залежності при таких високих температурах виявлено вперше. Рівняння (12) передбачає мінімум на r(T), положення якого можна знайти з виразу:

Отже, суттєво нелінійна поведінка електроопору не є наслідком магнітних механізмів розсіяння, а є наслідком ефектів ЕЕВ або СЛ.

Дослідження показали, що особливістю (Т) АМС Fe90Zr7B3 з ТС=310-314 К є мінімум, який виявляється при Тмін255 К. Крім цього, ця залежність суттєво нелінійна при Т>500 К, що значно нижче кристалізації. Така особливість поведінки (Т) при Т>500 К обумовлена процесами утворення та росту феромагнітних кластерів, що було обґрунтовано на основі результатів досліджень залежності магнітної сприйнятливості від Т. Аналіз (Т) при Т<Тмін дозволяє стверджувати про наявність внеску в Т1/2 і в цьому АМС. Як було показано, r=(r-rмін), де rмін=r(Тмін), також пропорційне Т1/2. При такому підході слід припускати, що внески від інших механізмів є температурно незалежними, або взагалі відсутні, що оправдано лише при низьких Т. Виявилось, що і r, побудований відніманням від r(Т) екстрапольованої лінійної залежності, що властива r(Т) від ТС до 500 К, також залишається лінійною від Т1/2. Зваживши на те, що Zr знаходиться ліворуч від Fe в ПСЕ, можна вважати, що механізми впливу на цього АМС подібні до тих, що властиві АМС Fe-ПМ-B.

Було встановлено, що у АМС Fe-Si-B, легованих Ni та Mo, склад М порівняно слабко впливає на характер залежності (Т) і досить слабко змінює ТКО. При легуванні Ni характер залежності практично не змінюється, але ТКО дещо зростає. Оцінка Д за цими залежностями призводить до тих же результатів, що і у АМС Fe-ПМ-B з подібними ПМ. Однак, легування Мо обумовлює суттєву низькотемпературну нелінійність їх (Т). Особливістю АМС Fe-Si-B є більші ТС, порівняно з АМС Fe-ПМ-B, а лінійна область на залежності (Т) має місце при ТТС. Екстраполюючи цю лінійну область до низьких Т, було встановлено, що і в цьому випадку rТ1/2. Для цих АМС було досліджено і вплив чистоти лігатури на електроопір. Було встановлено, що технічна лігатура призводить до зростання нелінійності (Т). Така особливість обумовлена збільшенням внеску rТ1/2. Подібні закономірності були одержані і при дослідженні (Т) АМС Fe82Si6B12 та Fe86Si2B14, легованих Ni, Co, Mn, Mo та Nb та низки АМС FINEMENT-типу.

Вплив легуючих компонентів на залежності (T) АМС Fe-Si-B в загальних рисах подібний до змін (T), що були виявлені у АМС Fe-B, а ТКО більшості АМС доповнюють кореляційну криву між та Zd, якщо вважати, що Zd=уі(Zdі-ZdFe), де уі та Zdі - вміст та кількість d-електронів і-го ПМ, що зображено на рис.14. На цій кореляційній кривій експериментальні значення, що потрапляють в область Zd<0 містять внесок rТ1/2, а при Zd0 (T) можна інтерпретувати в рамках механізму ФЗ. На основі порівняння висвітлених результатів з результатами магнітних досліджень АМС, які розглянуто в [4], додатковий внесок rТ1/2 виявляється у тих АМС, в яких існують неоднорідності типу магнітних кластерів, характер обмінної взаємодії в межах якого може відрізнятися від характеру взаємодії оточення. Особливо сильні такі ефекти, якщо така взаємодія є знакозмінна, як це має місце для більшості легуючих АМС, розміщених ліворуч від заліза в ПСЕ [4]. Таким чином, виявлена добавка може розглядатися як наслідок відмінності електричних властивостей кластерів, переважно утворених атомом легуючої домішки, з властивостями найближчого оточення, що цілком узгоджується з раніше розглянутими особливостями МО. Це дає підставу розглядати електроопір АМС на основі ПМ з точки зору моделі з основним внеском в від деякої матричної структури, в якій реалізується механізм ФЗ (підтвердженням цього було одержано і при аналізі МО та тензоопору), з кластерами зі своїми механізмами розсіювання, які і обумовлюють відхилення поведінки від передбачень механізму ФЗ. Об'єднання уявлень полікластерної будови АМС та моделей, що використовуються для інтерпретації властивостей неоднорідних напівпровідників (СЛК-модель), з урахуванням „металічної” природи АМС дало можливість розглянути цілком очевидні особливості атомної та електронної структур, які можуть вплинути на параметри моделі ФЗ. Серед цих особливостей, відмічена важлива роль кластерних структур. На жаль, точно врахувати ці особливості практично неможливо як через відсутність відповідного методу, так і у зв'язку з стохастичною природою атомної структури та ефектів взаємодії. Тому їх можна аналізувати лише на якісному рівні для певних ідеалізованих структур, що і продемонстровано на прикладі досліджень низки нанокомпозиційних матеріалів.

Ідея врахування кластерних особливостей електроопору не нова. Зокрема, в моделі Коена-Джортера приймається, що у випадку мікронеодності системи в ній можуть співіснувати кластери з локальним металічними та неметалічними електронними спектрами, в яких суттєву роль відіграють локалізаційні явища. Просторова обмеженість локалізаційних ефектів може проявлятися і у випадку гомофазних систем, що розглянуто на прикладі результатів досліджень плівок Ge різної структурної досконалості. Однак, „металічна” природа АМС, тобто значна віддаленість ЕF від краю рухливості та розміщення його в околі вузької d-зони, роблять практично не можливою локалізацію Андерсона. Наявність внеску rТ1/2 свідчить про відсутність подібної локалізації і в окремих кластерах. Такий внесок розглядається або як наслідок ефектів ЕЕВ або СЛ. Оскільки ефекти ЕЕВ - це наслідок когерентної взаємодії двох різних електронів, яка зберігається лише при низьких Т, значно нижчих, ніж інтервал досліджень, то однозначна причина виникнення r зв'язана зі СЛ.

Хоча Ховсоном [5] із застосуванням скейлінгової теорії в моделі так званої початкової локалізації було одержано, що (Т) поряд з металічним внеском може мати і внесок від СЛ, однак, така особливість реалізується при високих (250300 мкОмсм), які більші, ніж досліджених АМС (менше ніж 200 мкОмсм). Тому, саме кластерні особливості СЛ можуть дати адекватне пояснення r.

З тих міркувань, що СЛ виникає в сильно-розупорядкованих структурах, в яких довжина пружного вільного пробігу електронів le складає значення близьке до міжатомної віддалі (0,3 нм), а близьке до максимального значення * розупорядкованого матеріалу, в якому рух електрона можна ще вважати хвильовим (200300 мкОмсм), за значеннями параметрів е0 та 300 було одержано, що в АМС на основі Fe об'ємна частка кластерів v складає 1-10%. В той же час, оцінка довжини непружного вільного пробігу lі при Т=100 К, проведена з використанням параметрів е0 та уявлень про СЛ, призвела до lі<le0,3 нм, що не тільки не сумісно з уявленнями про СЛ, а й не має фізичного змісту.

Було постульовано, що серед усіх можливих “інтерференціїних” траєкторій розповсюдження електронної хвилі з максимальною довжиною, меншою ніж li, при СЛ в кластерах слід враховувати лише ті, що залишаються в межах кластеру. На рис.15 зображено лише три можливі інтерференційні траєкторії в області, в межах якої відбувається дифузійний рух електрона. За відсутності кластерної будови інтерференція має місце для всіх трьох траєкторій, а при наявності кластера (область в межах кола) інтерферують лише хвилі, що розповсюджуються лише по траєкторіям 1 та 2. В роботі наближено враховано кластерні особливості СЛ і уточнено вирази, які дають можливість провести оцінки lі. Результати розрахунку для деяких АМС наведені в табл. 1. Локалізаційний внесок зникатиме тоді, коли li досягне значення порядку lе (li=2lе). Оцінка температури Т0*, при якій lі=2le складає значення від 200 до 500 К, що з урахуванням наближеності модельного підходу цілком задовольняє температуру Т0, яку можна оцінити з умови r(Т0)=0. Врахування загальних особливостей СЛ дозволяє пояснити і причини її виникнення. Той факт, що внесок від СЛ проявляється в АМС, в яких наявні магнітні неоднорідності, може вважатися наслідком додаткового впливу на lе флуктуючого, особливо сильного при наявності антиферомагнітних кореляцій, характеру обмінної взаємодії. Для АМС на основі ПМ можна вважати, що lі визначається переважно sdрозсіюванням, яке, як міжзонне, має характер непружного. Тому виникнення СЛ можливе лише при низькій Nd(EF) хоча б для однієї зі спінових орієнтацій. Серед причин зменшення lі можна розглядати збільшення Nd(EF) за рахунок теплового розмиття зони, тоді Т0 буде визначатися Д АМС (більшість АМС на основі Fe-Si-B), або внаслідок зникнення обмінних відмінностей між ГЕС d-електронів різних орієнтацій спіну, тоді Т0 буде визначатися ТС АМС (АМС на основі Fe-B). Не виключається і прояв обох механізмів. Врахування ефектів “антилокалізації”, що ослабляють ефекти СЛ і обумовлені ефектами спін-орбітальної взаємодії, дає можливість досить просто пояснити природу обох мінімумів електроопору, які досить часто виявляються на залежностях (Т).

Крім кластерних особливостей СЛ, в цьому розділі зроблено аналіз різних проявів кластерного характеру будови АМС, які в більшості випадків неконтрольовано виявляються на низці фізичних властивостей, в тому числі і на електроопорі.

У п'ятому розділі розглянуто результати експериментальних досліджень АМС на основі Со, системи Ti-Cu та Ni-Pd-P. Одержані результати були розглянуті в рамках уявлень про механізми електроопору, розвинутих в попередньому розділі.

Нелінійність (Т) АМС Со80-хПМхВ20 з ПМ=Fe, Ni (рис. 16) однозначно вказує на те, що в них при основному механізмі ФЗ існує і додатковий механізм. В рамках механізму ФЗ досить складно обґрунтувати і концентраційну поведінку 300 та 300, яка не виявляє кореляції зі структурними параметрами (центр ваги та напівширина гало), одержаними з рентгенівських досліджень. Аналіз показав, що (Т) можна задовільно апроксимувати квадратним рівнянням з параметрами, які монотонно змінються з ростом вмісту ПМ, що на перший погляд можна було б віднести до значного впливу магнітного розсіювання на . Однак, якщо при Т>400 К ці залежності розглядати як лінійними (вставка на рис.17), то різниця r=rrапрТ1/2 (рис. 17). Таким чином, додатковим внеском в для цих АМС можна вважати внески, обумовлені СЛ. Оскільки, відповідно теоретичним дослідженням, ЕF АМС на основі Со розміщений на краю однієї з d-підзон, тобто ГЕС для цієї орієнтації спіна досить мала, то одна із умов СЛ - велика довжина li у цих АМС виконується автоматично, що відрізняє ці АМС від АМС на основі Fe. Цілком зрозуміло, що для СЛ необхідна інша умова - мала довжина lе, яку можуть мати лише кластери зі значною розупорядкованістю. Оцінки, виконані з використанням рівнянь, одержаних при аналізі ефектів СЛ в АМС на основі Fe, вказують на справедливість описаних причин СЛ. Крім того, що було одержано мале значення v (4,56,9 %), яке проявляє тенденцію до зростання з ростом вмісту ПМ, та цілком адекватні оцінки li, було встановлено, що Т0 та Т0* досить близькі і правильно відображають особливості зміни Д, визначеної при дослідженні електронної теплоємності АМС на основі Со, легованих Fe та Ni. Таким чином, СЛ зникає внаслідок температурного фактору, що й цілком логічно, оскільки ТС АМС Со-В лежить вище їх температуру кристалізації.

Як було встановлено, такий же додатковий внесок в наявний і в АМС на основі Co-Si-B. Вища температура кристалізації Тх та нижча ТС АМС цієї системи, порівняно з АМС Со-В, в першу чергу обумовлена наявністю в складі металоїдної групи кремнію. Легуючі ПМ Fe та Cr призводять до додаткового впливу на Тх та ТС. Якщо ПМ=Fe, то ТС та Тх зростають, якщо ПМ=Cr, то ТС зменшується, а Тх зростає, причому, такі зміни значно сильніші у випадку ПМ=Cr. У АМС без хрому характер залежності (Т) деякою мірою подібний до (Т) інших АМС на основі Fe та Со. На відміну від АМС Со-В, на цих залежностях виявляється перегин, положення якого співпадає з ТС АМС, вище якого (Т) лінійна аж до кристалізаційної області. Подібна залежність спостерігалась і в АМС Fe-ПМ-В з ПМ=Cr, Mn та іншими елементами. Однак, на відміну від останніх, у цих АМС Co-Si-B екстрапольована лінійна функція перетинала низькотемпературну область (Т). Але і магнітні механізми не можуть пояснити (Т) нижче ТС, оскільки температурний внесок, який слід віднести до цих механізмів, є від'ємним. І лише припускаючи наявність лінійної області при ТТС, що цілком аргументовано, зваживши на залежності (Т), та той факт, що у подібних АМС ДТС, вдається встановити додатковий внесок rТ1/2. Отже, цілком очевидним є факт, що у цих АМС, як і у АМС Со-В, локалізаційний внесок зникає внаслідок теплового фактору раніше їх ТС, а перегин при цій температурі є простим відображення зміни магнітного впорядкування. Оцінки, проведені з використанням апроксимаційних параметрів, вказують на подібність механізмів електроопору цих АМС та АМС на основі Со-В.

Якщо залізо порівняно слабко змінює характер залежностей (T) АМС CoSiB, то при легуванні їх хромом спостерігається їх суттєва трансформація. З рис.18 видно, що у АМС з хромом спостерігається низка аномалій, які не характерні для АМС базового складу та для АМС легованих Fe. Основною особливістю цих кривих є наявність мінімуму при температурах Тмін, які, навіть, перевищують кімнатну. Було встановлено, що Тмін визначається, в першу чергу, вмістом хрому в АМС, що видно з рис.19. Інша особливість цих залежностей - наявність на них розмитого злому при ТЗ=600630 К (на рис.18 показані стрілочками). На відміну від АМС, що не містять хрому, ця особливість розташована значно вище ТС. Нижче і вище ТЗ можна виділити області лінійності r(Т). Природа злому точно не встановлена, але спираючись на результати магнітних досліджень, які дали можливість встановити наявність кластерів із сильною антиферомагнітною взаємодією, можна припускати, що ТЗ відповідає Т, при якій внаслідок термічних флуктуацій відбувається руйнування обмінного зв'язку в таких кластерах.

Додатковий внесок rТ1/2 виявляється як у випадку, коли r=r-rмін, так і тоді, коли r=r-rапр, де rмін - значення r при Т=Тмін, а rапр - апроксимація лінійної області r(Т) при Т<ТЗ в низькотемпературну область. По тим же причинам, що й для АМС Fe90Zr7B3, фізично обґрунтованим є другий спосіб визначення r. Поведінка Tмінобч (рівнянням (14)) від вмісту Cr досить добре повторює експериментальні залежності Tмінексп. Більше того, значення Tмінобч для АМС без хрому виявилось досить малим і логічно вкладаються в загальну залежність Tмінобч(х), що свідчить про однакову природу мінімуму в обох АМС. За оцінками, об'ємна частка v кластерів АМС з хромом є вищою, порівняно з v АМС без нього. Це свідчить про те, що крім „вроджених” кластерних структур, при легуванні добавляються і кластери, зв'язані з атомами Cr. Як наслідок такої адитивності і матиме місце збільшення Tмін, принаймні при концентраціях Cr до 3 ат.%. При більших його концентраціях такий зв'язок порушується, що, очевидно, обумовлено зміною структури та властивостей кластерів. Було встановлено, що між TС, T0 та T0* існує взаємозв'язок. Крім того, кореляції, що спостерігаються між ТС, Тмін та ФАО та ізотропним внеском в МО , можна вважати наслідком взаємозв'язку локалізаційних ефектів з особливостями ЕС та з характером магнітної взаємодії в АМС CoSiB при наявності в них хрому як легуючого компоненту. Дослідження процесів структурної релаксації дали можливість встановити значний вплив релаксаційних відпалів на структуру областей з СЛ, наслідком чого є нелінійна, яка визначається вмістом Cr, залежність Тмін від температури релаксаційних відпалів.

Результати досліджень рентгенівської дифракції після ізотермічних відпалів дали можливість встановити формування спочатку фази -Co2Si, а потім - -Co2Si та спотвореної (Co,Ме)3B. Висновок про двостадійність процесу кристалізації знаходить відображення і на залежностях (Т), якщо не приймати до уваги не типове зростання , що передує процесу кристалізації і яке може бути віднесено до релаксаційних процесів. В той же час, додаткові ДТА дослідження виявили наявність трьох екзотермічних піків в кристалізаційній області (рис.20). Використання методу Кісінджера дозволило встановити енергії активації кожного з перетворень, значення яких добре узгоджуються з відомими літературними даними. Тобто, для всіх трьох стадій характерні процеси, подібні перетворенням аморфна-кристалічна фаза. Додаткові дослідження, проведені з використанням електронної мікроскопії та мікродифракції, підтвердили висновки про природу двох останніх перетворень і дають підставу пов'язувати перший екзотермічних пік з процесами утворення нанокристалітів, що передують повній кристалізації АМС. Отже, відмічене збільшення (Т) - це типовий прояв цих процесів, що досить часто спостерігається при нанокристалізації АМС, в тому числі і серед АМС, досліджених в роботі (FINEMENT, Fe70Мо10Si6B14).

Хоча поведінка кінетичних властивостей АМС на основі Ni узгоджується з передбаченнями механізму ФЗ, однак, розміщення рівня Фермі досліджених АМС на краю d-зони дає підстави очікувати значний вплив локалізаційних ефектів. Локалізація Андерсона в цих АМС малоймовірна по тим же причинам, що й попередніх АМС. Для АМС Ni-Pd-P не вдалося встановити факти впливу ефектів СЛ на їх (Т). Але, зваживши на те, що Pd обумовлює зсув рівня Фермі від краю d-зони (збільшується Nd(EF)), то навіть при малій le, яку слід було б очікувати внаслідок значних , зменшення li робить для них СЛ малоймовірною. Це дає підставу вважати, що поведінка (Т) АМС системи Ni-Pd-P цілком узгоджується з моделлю ФЗ.

На відміну від АМС системи NiPd-P, (Т) АМС систем Ti-Ni та TiCu не можуть бути пояснені в рамках механізму ФЗ. Використання результатів розрахунку кривих ГЕС дало можливість пояснити (Т), використовуючи уявлення про локалізаційні ефекти, які є наслідком розміщення EF в області псевдощілини, утвореної d-станами Ti та Ni або Ti та Cu. Основний висновок про локалізаційні особливості залежності (Т) були зроблені на основі досліджень, проведених при температурах, вищих за кімнатну. Додаткові, низькотемпературні дослідження, певною мірою підтвердили цей факт і, навіть, була одержана коректна оцінка довжини локалізації , яка дорівнювала декільком міжатомним віддалям. Але, зважаючи на те, що якби такі локалізаційні ефекти мали б місце, то подібно попереднім АМС, в тому числі і АМС на основі Ni, вони повинні відбуватися з участю d-електронів. В той же час виявилось, що низькотемпературна область залежності r від Т1/2 лінійна практично у всьому температурному інтервалі досліджень, що може розглядатися як результат універсальності характеру прояву СЛ в АМС на основі ПМ. Оскільки у АМС Ti-Ni та Ti-Cu EF розміщений в області квазіщілини, то Nd(EF) для них мале, а отже lі - велике. Зваживши на те, що Ti в АМС може розглядатися як сильнорозсіюючий, то цілком очевидним є факт реалізації в таких АМС і малих lе.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

На основі результатів систематичних досліджень електро- та магнетоопору АМС на основі 3d перехідних металів та розрахунків анізотропної складової електроопору доведено, що анізотропний внесок в електричний опір феромагнітних АМС виникає не у всьому об'ємі, а властивий лише певним кластерним областям. Для решти об'єму зразка електроопір є ізотропним. Оскільки параметри дифракційного механізму Фабера-Займана слабко залежать від напрямку прикладання магнітного поля, то саме він виступає в ролі основного механізму, який забезпечує ізотропний внесок в електроопір. Кластерні особливості анізотропного опору узгоджуються з стохастичним характером будови аморфного стану та полікластерною моделлю атомної структури і дають можливість пояснити низку експериментальних фактів з феромагнітної анізотропії опору.

Запропоновано вираз для опису залежності анізотропного магнетоопору АМС від магнітного поля та обґрунтовано, що цей вираз можна розглядати як наслідок намагнічування зразка у ефективному магнітному полі, яке є векторною сумою зовнішнього магнітного поля та деякого „внутрішнього” поля анізотропії. Експериментально встановлено залежність поля анізотропії від геометричних факторів та від внутрішніх та зовнішніх напружень. Природа поля анізотропії пов'язана з доменною структурою АМС, зі стохастичним характером атомної будови та полікластерними особливостями атомної структури.

Вперше проведено систематичне дослідження впливу одноосної деформації на електричний опір низки бінарних та багатокомпонентних аморфних сплавів. Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що більший внесок в коефіцієнт тензоопору АМС, порівняно з кристалічним аналогами, виникає переважно внаслідок спотворення структурного фактора при деформації. Одержано вирази, які пов'язують коефіцієнт тензоопору зі змінами структурного фактору при різних видах деформацій. Встановлено існування кореляції між електричним опором та тензоопором різних АМС, виникнення яких обумовлено особливостями їх електричних та механічних властивостей.

Вперше проведено дослідження впливу магнітного поля на коефіцієнт тензоопору при повздовжній деформації. Доведено, що такий вплив обумовлений Е-ефектом та незначними змінами феромагнітної анізотропії опору, що виникають внаслідок деформаційних змін параметрів електронної структури. Показано, що формалізм поля анізотропії може бути використаний для опису залежності модуля Юнга АМС від магнітного поля.

Показано, що використання мікронеоднорідної атомної будови, зокрема, врахування впливу кластерів з різними характеристиками розсіювання електронів провідності, дозволяє адекватно описувати електротранспортні властивості аморфних сплавів.

Показано, що температурна залежність електроопору переважно визначається механізмом Фабера-Займана лише для нелегованих АМС на основі заліза та при легуванні їх елементами, розміщеними праворуч від нього в періодичній системі елементів. Доведено, що для цих АМС відхилення від лінійної залежності в околі температури Дебая обумовлено наближеністю лінійної асимптотичної температурної поведінки структурного фактору, що при малому температурному внеску додаткових механізмів розсіювання (наприклад, магнітних) не може дати однозначну відповідь про тип цих механізмів. Уточнено рівняння для асимптотичної лінійної поведінки електроопору в околі температури Дебая.

Для температурних залежностей електричного опору (Т) АМС на основі Fe з домішками перехідних металів, розміщених ліворуч від заліза в періодичній системі елементів, та АМС на основі Со, вперше показано, що нелінійність, якою характеризуються залежності (Т) цих АМС в температурному інтервалі 70600 К, є наслідком додаткового внеску, який має температурну залежність, пропорційну Т1/2. Доведено, що такий внесок обумовлений ефектами слабкої локалізації в кластерах і він виникає при умові низької густини dелектронних станів.

Дослідження електроопору АМС типу „ПМ-М” та „ПМ1-ПМ2” дозволяють стверджувати, що саме слабка локалізація, а не локалізація Андерсона, визначає особливості електроопору цих матеріалів. Така локалізація проявляється за умов малих довжин пружного розсіювання та великих довжин непружного розсіювання. Оскільки довжина непружного розсіювання носіїв струму визначається головним чином sd-розсіюванням, то її велика довжина є наслідком низької густини dелектронних станів поблизу EF, а магнітні неоднорідності типу магнітних кластерів, а особливо кластери з антиферомагнітними кореляціями, є додатковим фактором обмеження довжини пружного розсіювання.

СПИСОК ЦИТОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Malozemoff A. P. Anisotropic magnetoresistance of amorphous and concentrated polycrystalline iron alloys / A. P. Malozemoff // Phys. Rev. B. - 1985. - Vol. 32, № 9. - P. 6080 - 6082.

2. Аморфные металлические сплавы : пер. с англ. / под ред. Ф. Е. Люборского. -М. : Металлургия, 1987. -- 584 с.

3. Бозорт Р. Ферромагнетизм / Р. Бозорт - М.: Из-во иностранной литературы, 1956 - 784 с.

4. Фізичні властивості, стабільність фаз та параметри електронної структури в невпорядкованих металічних системах : дис. … д-ра фіз.-мат. наук : 01.04.13 / М. І. Захаренко.- К., 2008. -- 419 с.

5. Howson M. A. Incipient localisation and electron-electron correlation effects in metallic glass alloys / M. A. Howson // J. Phys. F: Met. Phys. - 1984. - Vol. 14. - P. L25 - L30.

6. Тензорезистивні ефекти в аморфних металевих сплавах/ М.П. Семенько, М.І. Захаренко, Ю.А. Куницький, А.П. Шпак// К.: 2009 . - 96 с.

7. Електроопір та магнетоопір аморфних металевих сплавів на основі заліза та кобальту / М. П. Семенько, М. І. Захаренко, Ю. А. Куницький, В. А. Макара, А.П. Шпак // Успехи физ. мет. - 2009, - Т. 10, №2. - С. 133 - 210.

8. Тензоопір аморфних феромагнетиків/ М.П. Семенько, М.І.Захаренко, Ю.А. Куницький, А.П. Шпак// Успехи физ. мет. - 2009, - Т. 10,№4. - С. 331 - 389.

9. Семенько М. П. Особливості впливу легування на електро-транспортні властивості аморфних сплавів на основі заліза/ М. П. Семенько // Металофизика и новейшие технол. - 2008. - Т.30, №7 - С.933-944.

10. The influence of 3d-impurities on magnetic and transport properties of CoSiB metallic glasses / M. Zakharenko, M. Babich, М. Semen'ko, G. Yeremenko // J. Magn. Magn. Mater. - 2006. - V.304, N2. - P. e525-e527.

11. О природе аномалии электросопротивления низколегированных аморфных сплавов на основе системы CoSiB / Н. Г. Бабич, Н. И. Захаренко, Г. В. Еременко, М. П. Семенько // Физика металлов и металловедение. - 2006. - Т.102, №3. - С. 273 279.

12. Захаренко М.І. Кореляції між електричним опором, його температурним коефіцієнтом та коефіцієнтом тензоопору в аморфних металевих стопах/ М.І. Захаренко, М.П. Семенько // Металофизика и новейшие технол. - 2008. - Т.30, №2. - С. 205-217.

13. Anomalous behaviour of electric resistivity in Co-Si-B based metallic glasses / M.G.Babich, V.K.Nosenko, М.Р. Semen'ko, G.V.Yeremenko, M.I.Zakharenko // Functional Mater. - 2005. - Vol.12, N 2. - Р. 362-365.

14. Some physical properties and crystallization of Fe-based metallic glasses under thermo-mechanical treatment / M. G. Babich, O. P. Brud'ko, M. P. Semen'ko, M. I. Zakharenko // Functional Mater. - 2002. - Vol. 9, № 3. - P. 519-524.

15. Захаренко М. І. Вплив Fe та Ni на електроопір металевого скла Co80B20 / Захаренко М. І., Єрьоменко Г. В., Семенько М.П. // Вісник Київ. Ун-ту. Сер. Фіз.-мат. науки, 2004. - в. 4. - C. 459-466.

16. Захаренко Н. И. О возможном механизме тензосопротивления аморфных металлических сплавов/ Н. И. Захаренко, М. П. Семенько // Физика металлов и металловедение. - 2005. - T. 95, вып. 2. - C. 439 - 447.

17. The correlation between resistivity characteristics and electronic structure parameters of the Ni-Pd-P amorphous alloys/ M. Babich, М. Semen'ko, M. Zakharenko, O. Nakonechna, G. Yeremenko, A. R. Yavari // MRS Symposium Proceedings Series - 2001. - Vol. 644 - P. L12.1 - L12.6.

18. Особливості тензорезистивного ефекту аморфних металевих сплавів при різних типах деформації/ M. І. Захаренко, В. А. Макара, М. П. Семенько // Доп. НАНУ -2008. - №7 - С.99-104.

19. Захаренко Н. И. Влияние магнитного поля на тензорезистивный эффект в аморфных сплавах на основе железа/ Н. И. Захаренко, М. П. Семенько // Физика металлов и металловедение. - 2007. - Т. 104, вып. 2. - С.150-154.

20. Захаренко М. І. Вплив температурно-часових режимів обробки розплаву на транспортні властивості швидкозагартованого сплаву Fe80Si6B14 / М.І. Захаренко, А.В. Носенко, М.П. Семенько. // Вісн. Київ. ун-ту. Сер. Фіз.-мат. науки. - 2007. - в.4. - С.327-330.

21. The investigation of FeZrB nanoperm-type metallic glass / M. Babich, H. Atmani, M. Zakharenko, М. Semen'ko // Mater. Sci. Forum - 2001. - Vol. 373-376. -P. 281-285.

22. Электросопротивление и особенности электронной структуры АМС на основе Ti-Ni, Ti-Cu / О. И. Наконечная, И. В. Плющай, М. П. Семенько, Н. И. Захаренко // Физика металлов и металловедение. - 2000. - Т. 90, № 5. - С.1925.

23. Zakharenko M. I. Evolution of electrical resistivity Fe-B-based amorphous alloys at crystallization / M. I. Zakharenko, M. P. Semen'ko, O. I. Stelmakh // High Temperature - High Pressure. - 2001. - Vol. 33. - P. 279-283.

24. Влияние импульсных лазерных нагревов на магнитные свойства аморфного сплава Fe76Si13B11 / В.В. Гиржон, А.В. Смоляков, Н.Г. Бабич, М.П. Семенько // Физика металлов и металловедение. - 2009. - Т.108, №2. - С. 133-138.

25. Захаренко Н. И. О температурном поведении тензорезистивного эффекта в аморфном сплаве Fe80B14 / Н. И. Захаренко, М. П. Семенько // Физика металлов и металловедение. - 2009. - Т. 107, вып. 2. - С. 181 - 184.

26. Захаренко М.І. Вплив легування перехідними металами на електроопір аморфних сплавів на основі Fe/ М. І. Захаренко, М. П. Семенько // Вісн. Київського ун-ту. Фіз.-мат.науки- 2006 - №4. - С.439-443.

27. Особливості кристалізації аморфних сплавів на основі кобальту / М. Г. Бабич, M.І. Захаренко, Ю.А. Куницький, Д.С.Леонов, М.П. Семенько // Наносист., наномат. нанотех. - 2008 - Т. 6, № 1. - С. 231-244.

28. Захаренко М. І. Структурна релаксація аморфних сплавів в неізотермічних умовах/ М.І. Захаренко, М.П. Семенько // Вісн. Київ. ун-ту. Фіз.-мат. науки. - 2007. - в.1. - С.371-373.

29. Semen'ko М.P. The Influence of Structural Relaxation on the Operational Properties of the Co-based Amorphous Metallic Alloys / М.P. Semen'ko, M.I. Zakharenko, G.V. Yeremenko // Functional Мater. - 2007. - V.14, N1. - P.104-108.

30. Термомагнітна поведінка складнолегованих аморфних сплавів на основі Fe84Si2B14 / М. Г. Бабич, М. І. Захаренко, М. П. Семенько, М. В. Орленко // Вісн. Київ. ун-ту. Фіз.-мат. науки. - 2006. - в. 1. - С. 318-322.

31. Електрофізичні властивості аморфних сплавів типу FINEMET на основі заліза / Ю. Куницький, М. Орленко, М. Захаренко, М. Семенько // Наносист., наномат. нанотех. - 2005. - T.3, №1. - C. 1001-1008.

32. Семенько М.П. Зв'язок магнетоопору аморфних сплавів на основі Fe-B з параметрами їх електронної структури. / М.П. Семенько, А.В. Носенко, М.І. Захаренко // Фізика і хімія твердого тіла. - 2010. - Т.11, №2. - C. 327-333.

33. Плавление конденсированной пленки Ag / А.П.Шпак, В. Майборода, Ю. Куницкий, Г.Максимова, Молчановская, С.Л.Рево, М.П. Семенько // Металофизика и новейшие технол. - 2003. - T.25, №8, - C. 1013-1019.

34. Електричні властивості композиційних матеріалів на основі поліетилену і нанокристалічного нікелю / Л.С. Семко, В.М. Огенко, С.Л. Рево, В.М. Міщенко, О.І. Оранська, К.О.Іваненко, М.П.Семенько // Доп. НАНУ. - 2001. - №6.- C.86-91.

35. Плівки германію на арсеніді галію: структурні, електронні та оптичні властивості/ Є.Ф. Венгер, Р.В. Конакова, Л.О. Матвеєва, І.М. Матіюк, В.Ф. Мітін, Є.В. Мітін, В.А. Одарич, О.В. Руденко, М.П. Семенько, М.В. Хименко, В.В. Холевчук // Фізика і хімія твердого тіла. - 2009 - Т.10, №2 - C. 315-324.

36. Получение нанокомпозиционных материалов ТРГ-металл методом термического вакуумного испарения/ Бабич Н.Г., Захаренко М.И., Капитанчук Л.М., Мацуй Л.Ю, Семенько М.П. // Наносист,.наномат., нанотех.- 2004.- T.2, №4.-C.1001-1008.

37. Влияние примесей на магнитные и электрические свойства быстрозакаленных сплавов Fe-Si-B/ Н. Г. Бабич, Н. И. Захаренко, А. В. Носенко, М. П. Семенько // Новые магнитные материалы микроэлектроники. - М.: МГУ, 2006. - С.1100-1102.

38. The evidence of clusterization in CoSiB soft amorphous ribbons / M. Babich, G. Yeremenko, V. Maslov, V. Nosenko, M. Semen'ko, M. Zakharenko // 16th Conference “Soft Magnetic Materials”, September 9-12, 2003, Dusseldorf, Germany: proceedings / ed.: D.Raabe ; Max-Plank Institut fur Eisenforschung GMBH. -- Dusseldorf, 2004. -- P. 519-524.

39. The studies of the rapidly quenched ribbons on base of Co-Si-B system/ M. G. Babich, V. V. Maslov, N. K. Nosenko, М. Р. Semen'ko, M. I. Zakharenko // Новые магнитные материалы микроэлектроники. - М.: МГУ, 2002. - С.725-727.

40. Влияние термообработки на функциональные характеристики быстрозакаленных сплавов типа FINEMET / Н. Орленко, Н. Бабич, М. Семенько, Н. Захаренко // Новое в магнетизме и магнитных материалах: сб.трудов. - М.: МГУ. - 2009. - С.621-623.

АНОТАЦІЯ

Семенько М.П. Взаємозв'язок електротранспортних властивостей невпорядкованих систем з їх електронною та атомною структурами. _ Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю - 01.04.13 - фізика металів. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2010.

Дисертацію присвячено встановленню закономірностей змін електроопору, магнетоопору та тензоопору бінарних та багатокомпонентних АМС на основі 3d-перехідних металів, конкретизації фізичних механізмів розсіювання носіїв заряду та розробці фізичних моделей, що описують транспортні параметри невпорядкованих металевих систем різної природи. При цьому вивчався вплив складу, умов отримання та дії зовнішніх чинників (температури, магнітного поля, механічних напружень, тощо) на кінетику електронів провідності та вияснялась роль у електропереносі особливостей атомної та електронної структури. Показано, що основний внесок в розсіювання електронів провідності обумовлений їх дифракцією на невпорядкованій, неоднорідній атомній структурі, а особливості, що виявляються на низці транспортних параметрів, є наслідком наявності кластерів зі своїми механізмами розсіювання.

Ключові слова: електроопір, магнетоопір, тензоопір, аморфний сплав, феромагнітна анізотропія опору, поле анізотропії, кластер, слабка локалізація, механізм Фабера-Займана, структурний фактор.

АНОТАЦИЯ

Семенько М.П. Взаимосвязь электротранспортных свойств неупорядоченных систем с их электронной и атомной структурами. _ Рукопись.

Диссертация на соискание ученной степени доктора физико-математических наук по специальности - 01.04.13 - физика металлов. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2010.

Диссертация посвящена установлению закономерностей изменений електросопротивления, магнетосопротивления (МС) и тензосопротивления (ТС) бинарных и многокомпонентных АМС на основе 3d-переходных металлов, конкретизации физических механизмов рассеивания носителей заряда и разработке физических моделей, которые описывают транспортные параметры неупорядоченных металлических систем различной природы. При этом изучалось влияние состава, условий получения и действие внешних факторов (температуры, магнитного поля, механических напряжений, и др.) на кинетику электронов проводимости и выяснялась роль в электропереносе особенностей атомной и электронной структуры. Показано, что основной вклад в рассеяние электронов проводимости обусловлен их дифракцией на неупорядоченной, неоднородной атомной структуре, а особенности, которые проявляются на ряде транспортных параметров, являются следствием наличия кластеров со своими механизмами рассеивания.

Показано, что поведение ферромагнитной анизотропии сопротивления АМС на основе Fe-ПМ-В может быть объяснено не только с учетом особенностей их электронной структуры, но и с точки зрения аморфной матричной структуры, обуславливающей только изотропный вклад в МС, в которой присутствуют кластерные области с анизотропной зависимостью МС. Кластерное объяснение природы ферромагнитной анизотропии сопротивления нашло подтверждение на результатах исследований АМС на основе Fe-Si-B и Со и дает возможность обосновать определяющий вклад механизма Фаберра-Займана, как изотропного клада в электросопротивление. На основании анализа зависимостей МС от магнитного поля Н показано, что зависимость (Н) может рассматриваться следствием намагничивания за счет вращения магнитных доменов во внешнем поле и перпендикулярном ему внутреннем магнитном поле - поле анизотропии НА. Установлено вид НА и приведены примеры его использования для определения ряда параметров, определяющих процессы намагничивания. Природу и индуцированный характер поля анизотропии объяснено наличием „магнито-жестких” включений находящихся в „магнито-мягкой” матрице, что согласуется с „кластерными” особенностями анизотропного МС.

Исследование и теоретический анализ ТС позволил впервые объяснить избыточное ТС в АМС в рамках дифракционной модели Фаббера-Займана, однако зависимость коэффициента ТС от состава, магнитного поля, температуры может быть обоснована лишь с учетом особенностей реальной атомной структуры, в частности, ее кластерным характером.

Выявленные закономерности изменений МС и ТС, вместе с поликластерной моделью атомной структуры АМС могут объяснить ряд закономерностей изменений электросопротивления. В частности, несоответствия, которые возникают между результатами расчета и экспериментом могут рассматриваться как следствие существования областей, а также кластеров, с различным топологическим и химическим ближним упорядочением. Эта модель целиком обосновывает основной вклад в электросопротивление механизма ФЗ с параметрами, которые отличаются от параметров, используемых при расчетах в однородных аморфных структурах. Впервые показано, что нетипичный характер зависимости (Т) в АМС является следствием эффектов слабой локализации в кластерах. Рассмотрены особенности, которые накладывает кластер на слабую локализацию, и условия ее проявления. Этот механизм дает возможность объяснить разные температурные проявления минимума электросопротивления, а также возможные причини возникновения двух минимумов.

Ключевые слова: электросопротивление, магнетосопротивление, тензосопротивление, аморфный сплав, ферромагнитная анизотропия сопротивления, поле анизотропии, кластер, слабая локализация, механизм Фаберра-Займана, структурный фактор.

ABSTRACT

Semen'ko M. P. Correlation between electro-transport properties of the disordered systems and their electronic and atomic structures. Manuscript.

The thesis for Doctor's degree on physical and mathematical sciences, speciality 01.04.13 - Physics of metals. Kyiv Taras Shevchenko national university, Kyiv, 2010.

The thesis deals with finding the regularities of electrical resistivity, magnetoresistivity and tensoresistivity of the binary and multicomponent amorphous metallic alloys on the base 3d-transition metals, ascertaining of the physical mechanisms of charge carrier scattering and creation the physical models describing transport parameters of the disordered metallic systems of different nature.

Therewith the influence of composition, production conditions and external actions (temperature, magnetic field, mechanical stresses, etc.) on the kinetics of conductive electrons has been studied. The role of the electronic and atomic structures peculiarity on electronic transport has been clarified.

It was shown that the main contribution to conduction electron scattering arises from their diffraction on the disordered, heterogeneous atomic structure, while peculiarities arising on a series of transport characteristics are the consequence of the presence of atomic clusters that are characterized by special scattering mechanisms.

Key-words: electrical resistivity, magnetoresistivity, tensoresistivity, amorphous alloy, ferromagnetic anisotropy of resistivity, field of anisotropy, atomic cluster, weak localization, Faber-Ziman scattering.

Размещено на Allbest.ru