Отчет о научно-исследовательской работе "Магнитные, транспортные, и гальваномагнитные свойства тонких пленок и лент новых сплавов Гейслера для магнитных применений" (итоговый)

Изготовлены серии образцов в виде поликристаллических слитков, быстрозакаленных лент и тонких пленок. Поликристаллические образцы получены методом дуговой или индукционной плавки в защитной атмосфере аргона. Быстрозакаленные ленты получены с помощью метода спинингования расплава. Номинальные химические составы слитков и быстрозакаленных лент - Mn₂CoX и Mn₂FeX (X = Al, Ga, Sn) и Fe₂₋ₓNiₓMnAl, где х = 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1 (только слитки). Тонкие пленки номинального состава Fe₂₋ₓNiₓMnAl (0 < x < 1) изготовлены методом магнетронного напыления на подложку MgO. Структурные исследования изготовленных поликристаллических образцов и быстрозакаленных лент показали, что в случае сплавов Mn₂CoX (X = Al, Ga, Sn) сплав Mn₂СоGa является однофазными и кристаллизуется в ГЦК-структуру (фазу Гейслера). Кроме того, наличие рефлексов (111) и (200), интенсивность которых сопоставима с интенсивностью этих рефлексов в отожженных образцах, указывает на то, что сверхструктурное упорядочение может развиваться даже в неотожженных образцах Mn₂СоGa. В случае сплавов Mn₂FeX с X = Al, Ga и массивные образцы, и быстрозакаленные ленты кристаллизуются в примитивную кубическую структуру (пространственная группа P4332). Сплав Mn₂FeSn можно получить в однофазном состоянии после отжига при 1073 К в течение 10 дней с последующей закалкой в воду. В отличие от Mn₂FeAl и Mn₂FeGa, кристаллическая структура Mn₂FeSn оказалась гексагональной (пространственная группа P-6m2) с параметрами решетки a = 0,558 нм и с = 0,446 нм. Измерение температурных и полевых зависимостей магнитных свойств сплавов Mn₂FeX (X = Al, Ga, Sn) показало, что тип магнитного упорядочения зависит от структуры, а именно: температурные и полевые зависимости магнитных свойств сплавов Mn₂FeAl и Mn₂FeGa, которые кристаллизуются в примитивную кубическую структуру, найдены типичными для антиферромагнетиков, в то время как Mn₂FeSn, который кристаллизуется в гексагональную структуру, является ферримагнетиком. Для сплава Mn₂FeGa температура Нееля находится выше комнатной, а сплав Mn₂FeAl является антиферромагнетиком с температурой Нееля TN ~ 40 К. Показано, что магнитные свойства неотожженого образца сплава Mn₂CoGa практически не отличаются от магнитных свойств отожженных образцов. Исследование транспортных и гальваномагнитных свойств тонких пленок Fe₂₋ₓNiₓMnAl показало, что частичное замещение железа на никель приводит к кроссоверу электрического сопротивления. В случае Fe₂MnAl электрическое сопротивление имеет полупроводниковый ход, что хорошо согласуется с опубликованными в литературе данными для быстрозакаленных лент и массивных поликристаллических образцов. Частичное замещение железа на никель приводит к резкой трансформации температурного хода электрического сопротивления от полупроводникового к металлическому. Кроме этого, электрическое сопротивление существенно понижается и не достигает 75 мкОм см при комнатной температуре в тонкой пленке Fe₁,₇₅Ni₀,₂₅MnAl. Вычисленные из данных по Холловскому сопротивлению концентрации носителей заряда в Fe₂MnAl и Fe₁,₇₅Ni₀,₂₅MnAl показали, что концентрация носителей заряда в Fe₂MnAl сильно увеличивается с температурой и меняется от 10²⁰ см⁻³ при низких температурах до ~ 10²¹ см⁻³ при температурах в окрестности комнатной. Что касается тонкой пленки Fe₁,₇₅Ni₀,₂₅MnAl, концентрация носителей в этом образце найдена равной 10²² см⁻³ и слабо зависящей от температуры. Сделано предположение, что частичное земащение железа никелем в Fe₂₋ₓNiₓMnAl приводит к увеличению плотности состояний на уровне Ферми, что в свою очередь вызывает кроссовер электрического сопротивления от полупроводникового в Fe₂MnAl до металлического в Fe₁,₇₅Ni₀,₂₅MnAl. Исследование магнитных свойств быстрозакаленных лент показали, что температура Кюри для Fe₄₃,₅Mn₃₄Al₁₅Ni₇,₅ составляет ТС = 418 К, что намного превышает ТС недопированного родительского состава, полевые кривые намагниченности имеют характер, типичный для магнитомягких материалов. Значения намагниченности насыщения достигают 90 А·м²/кг при 10 К. Температурная зависимость удельного электросопротивления имеет аномальный характер. При Т ≈ 200 К происходит резкая смена полупроводникового хода на металлический.