АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА
В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
П.П. Паль-Валь1,
Л.Н. Паль-Валь1, Yu.А. Semerenko1, И.С. Головин2
1 ФТИНТ НАН Украины
им. Б.И. Веркина, Харьков,
Украина
e-mail: palval@ilt.kharkov.ua
2 Technical University of Braunschweig,
Institute for Materials,
e-mail: i.golovin@tu-bs.de
В хроме, с электронной
конфигурацией 3d54s1, наблюдаются магнитные фазовые переходы,
сопровождающиеся структурными превращениями первого рода: в точке Нееля ТN
» 309 К хром переходит из парамагнитного в антиферромагнитное (АФМ)
состояние, а при температуре спин-флоп перехода TSF » 124 K имеет место изменение вектора поляризации
волн спиновой плотности за счет опрокидывания спинов на 90° относительно волнового. Одновременно, при
охлаждении ниже ТN хром
переходит из ОЦК в орторомбическую фазу, а при TSF – в тетрагональную кристаллическую
модификацию. Ранее на частотах колебаний f ~ 89 kHz были изучены температурные зависимости
декремента d (T) и динамического модуля Юнга Е(T) монокристаллов Cr и в области
магнитных фазовых переходов был выявлен ряд новых акустических аномалий [1,2]. Кроме известных и ожидаемых аномалий, связанных
собственно с фазовыми переходами, в интервале TSF £ T £ TN была впервые обнаружена сильная зависимость d и E от амплитуды акустической деформации e0. Было также установлено, что предварительная
пластическая деформация приводит к размытию и расщеплению пика на зависимости d(Т) и провала на Е(Т) вблизи TN, а также к смещению средней величины TN в область более высоких температур. Длительный отдых
образцов при комнатной температуре приводил к частичному возврату параметров
указанных аномалий.
В настоящей работе изучены акустические
свойства неотожженных (as received) образцов поликристаллического
хрома чистотой 99.99% с содержанием C+N порядка 0.01% на
Fig. 1. Temperature dependence of the logarithmic decrement d (T) (a) and dynamic Young's modulus Е(T) (b) in a polycrystalline at
frequency 1.5 kHz.
Fig.
2. Temperature dependence of the logarithmic
decrement d (T) (a) and dynamic Young's modulus Е(T) (b) in a polycrystalline at frequency 2.5 kHz.
частоте продольных колебаний f ~ 75 kHz (метод двойного составного вибратора) и изгибных
колебаний на частотах f ~ 1.5 и 2.5 kHz при термоциклировании в области температур 5 ¸
325 K. Результаты приведены на рис. 1-3. Зависимости Е(T), полученные
различными методами,
качественно согласуются
между собой. В то же время, зависимости d(T) имеют
Fig. 3. Temperature dependence of the logarithmic decrement d (T) (a) and dynamic Young's modulus Е(T) (b) in a polycrystalline at
frequency 88 кГц.
Рис. 4. График Аррениуса для определения энергии активации процесса, ответственного
за низкотемпературный релаксационный пик.
существенные
отличия. В частности, не
наблюдались пики поглощения при ТN и при TSF при измерениях на частоте 88 kHz. Наиболее
интересным эффектом, который не отмечался ранее, является значительный гистерезис акустических свойств, наблюдаемый
при термоциклировании неотожженных образцов. При охлаждении значения Е заметно выше значений,
измеренных при отогреве. Гистерезис на зависимостях d(T) имеет более сложный характер. При этом ТN и TSF, измеренные при охлаждении,
меньше температур, регистрируемых при нагреве; в отожженных образцах этот
эффект отсутствует. Указанное поведение акустических свойств может быть связано
с изменением АФМ доменной структуры в поликристаллах Cr под действием термоупругих напряжений, обусловленных анизотропией
теплового расширения кристаллитов в орторомбической и тетрагональной фазах
поликристаллов Cr.
В неотожженных образцах
в области температур ниже ТN обнаружен пик поглощения, который не наблюдался в монокристаллах.
Температура пика TP растет с ростом частоты колебаний, что
говорит о релаксационной природе пика. Была установлена экспоненциальная
зависимость времени релаксации от температуры (рис. 4) и определены активационные
параметры: энергия активации U = 1.13 eV и частотный фактор n0 = 3´1025 s-1.
Аномально высокое значение n0 свидетельствует о том, что данный процесс релаксации контролируется
более сложным механизмом, чем простые некоррелированные перескоки отдельных
атомов. Отжиг образцов приводит к исчезновению пика. Отсутствие пика в монокристаллах
и в отожженных образцах позволяет высказать предположение, что соответствующие
релаксаторы сосредоточены в межкристаллитных границах, а эффективность их действия
в значительной мере зависит от технологических условий приготовления образцов.
1. Л.Н. Паль-Валь, П.П. Паль-Валь, В.Я. Платков, В.К. Сульженко. ФТТ 28, 3577 (1986).
2. П.П. Паль-Валь,
Л.Н. Паль-Валь, В.К. Сульженко. ФММ 67,
103 (1989).