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, Braunschweig, Germany

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).