НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА

АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА

В ОБЛАСТИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

П.П. Паль-Валь¹, Л.Н. Паль-Валь¹, Ю.А. Семеренко¹, И.С. Головин²

¹ФТИНТ НАН Украины им. Б.И. Веркина, Харьков, Украина

e-mail: palval@ilt.kharkov.ua

² Technical University of Braunschweig, Institute for Materials, Braunschweig, Germany

В хроме, с электронной конфигурацией 3d⁵4s¹, наблюдаются магнитные фазовые переходы, сопровождающиеся структурными превращениями первого рода: в точке Нееля Т_N» 309 К хром переходит из парамагнитного в антиферромагнитное (АФМ) состояние, а при температуре спин-флоп перехода T_SF» 124 K имеет место изменение вектора поляризации волн спиновой плотности за счет опрокидывания спинов на 90° относительно волнового. Одновременно, при охлаждении ниже Т_N хром переходит из ОЦК в орторомбическую фазу, а при T_SF – в тетрагональную кристаллическую модификацию. Ранее на частотах колебаний f ~ 89 кГц 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 T_SF £ T £ T_N 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 T_N, а также к смещению средней величины T_N 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

Рис. 3. Температурные зависимости d (T) (a)

и Е(T) (b) поликристаллов Cr на часто-

те 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 Т_Nи при T_SF при измерениях на частоте 88 кГц. 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 Т_N и T_SF, 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 Т_N обнаружен пик поглощения, который не наблюдался в монокристаллах. Температура пика T_P 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 эВ 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).