Анотація до роботи:

Гомонай О. В. Феноменологічні моделі магнітних та пружних властивостей сплавів, що зазнають фазових перетворень. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ, 2003.

У дисертаційній роботі розроблені феноменологічні моделі для опису магнітних та пружних властивостей кристалів, що зазнають фазових перетворень і мають мікроструктуру, яка може змінюватись під впливом зовнішніх полів. Розраховані температурні та польові залежності макроскопічних характеристик (пружних модулей, магнітної сприйнятливості, магнітострикції, спектрів магнітних та акустичних збуджень, і т.і.) термопружних мартенситів, ферромагнетиків, що зазнають структурних перетворень, сегнетоелектриків-напівпровідників, антиферромагнетиків, штучних багатошарових структур, що складаються із матеріалів із різними магнітними властивостями.. Запропоновано магнітопружний механізм утворення та зворотної перебудови доменної структури в антиферромагнетиках. Результати теоретичних розрахунків узгоджуються із наявними експриментальними даними для широкого класу матеріалів.

У роботі розвинуто феноменологічні моделі для опису макроскопічних характеристик кристалів, що зазнають фазових перетворень, за наявності зовнішніх полів і з урахуванням мікроструктури зразка. На основі теоретичного аналізу, який було проведено в дисертаційній роботі, можна дати формулювання основним науковим та практичним результатам роботи:

1. Характерні особливості поведінки кристалу аустеніту в області термопружного фазового перетворення за наявності зовнішніх полів адекватно та послідовно описуються феноменологічною теорією Гінзбурга-Ландау із багатокомпонентним параметром порядку, в якості якого можуть бути обрані лінійні комбінації компонент тензору скінченої деформації, які утворюють незвідні представлення точкової групи симетрії кристалу аустеніту і лінійно пов'язані із іншими (електронними) степенями волі, що відповідають за фазовий перехід. В кристалах з оцк структурою, що зазнають перехід в довгоперіодичні модульовані структури, параметром порядка можуть служити хвилі зсувів щільно-пакованих атомних площин на скінчені відстані – шифтони.

2. Макроскопічні (середні) значення тензору деформації та модулів пружності багатодоменного кристалу мартенситу в околі термопружного фазового перетворення нелінійним чином залежать від локальних значень деформації зсуву, пропорційних первинному параметру порядку мартенситного перетворення. В мартенситній фазі, завдяки виникненню спонтанних деформацій як на мікроскопічному, так і макроскопічному рівні, та за умови їх сумісності, тензор середніх пружних модулів і середніх деформацій має нетривіальні компоненти, що відповідають зниженій переходом симетрії кристалу. Тільки урахування двійникової мікроструктури кристалів мартенситу дозволяє адекватно пояснити пом'якшення модулей пружності та відповідних швидкостей звуку в околі точки фазового перетворення як при прямому, так і при зворотному переході. Аналогічний ефект пом'якшення матиме місце і для акустичних збуджень із довжиною хвилі, що набагато перевищує характерні розміри двійникової структури.

3. Наявність періодичної структури, утвореної доменами (фазами) з різними пружними властивостями, істотно впливає на спектр звукових коливань в області довжин хвиль, порівнянних з періодом структури. Зокрема, закон дисперсії стає нелінійним, в акустичному спектрі з'являються щілини, положення яких визначається періодом доменної структури, власні акустичні моди визначаються функціями Блоха з нетривіальною залежністю від координати. Це призводить до таких ефектів, що спостерігаються в експерименті, як ''осциляції'' коефіцієнта поглинання ультразвуку і перекручування форми сигналу в околі фазового переходу, залежності швидкості поперечної звукової моди, що відповідає за мартенситне фазове перетворення від мікроструктури зразка. В синтетичних багатошарових плiвках MnTe/ZnTe, що мають періодичну структуру, завдяки магнiтопружнiй взаємодiї магнiтне збудження може поширюватися через немагнiтнi прошарки. Носiєм такого збудження виступає фонон, який синхронiзує коливання АФМ векторiв в рiзних прошарках.

4. Різні часові масштаби процесів магнітної релаксації та релаксації дефектів і встановлення атомного порядку дозволяють описувати магнітні властивості ферромагнетиків, чутливі до структурних фазових переходів і термообробки зразка, на основі адіабатичного наближення. Розвинута в рамках такого наближення модель передбачає зсув точок спін-переорієнтаційних фазових перетворень в сторону більш низьких температур і розмиття самих переходів завдяки дефектам, наведеним щпг-гцк переходом в монокристалі кобальта. Віджиг загартованого еквіатомного сплаву CoPt ініціює низку магнітних фазових перетворень і призводить до зростання магнітної сприйнятливості та зміщення точки Кюрі. Процеси структурного впорядкування можуть призвести до зменшення уявної частини магнітної сприйнятливості в околі спін-переорієнтаційного фазового перетворення, завдяки пом'якшенню фононної моди, яка пов'язана із магнонною модою, що відповідає за це фазове перетворення.

5. Мартенситне фазове перетворення, що відбувається в ферромагнітних кристалах на основі Ni та Fe, наводить додаткову магнітну анізотропію магнітопружної природи, яка істотно більша за величину власної магнітної анізотропії, суттєвої в аустенітній (материнській) фазі. Ефект гігантської магнітострикції, який спостерігається в мартенситній фазі кристала Ni₂GaMn, можна пояснити наявністю жорсткого зв’язку між напрямками легких осей намагнічування, наведених перетворенням, та структурою варіанта мартенсита, що обумовлює узгоджену перебудову доменної структури як магнітного, так і мартенситного походження під впливом зовнішнього магнітного поля.

6. Одним із можливих механізмів утворення доменної структури в антиферромагнетиках можуть бути далекодіючі пружні поля ''роздвійникування'', що виникають завдяки різниці пружних і магнітопружних властивостей поверхні зразка і його об'єму. Виникнення доменної структури у відносно великих зразках призводить до суттєвого зниження вільної енергії кристалу завдяки відсутності внутрішніх напруг, і цей виграш в енергії набагато більший за незначне збільшення енергії за рахунок створення міждоменних границь. Означений механізм призводить до універсального характеру температурних та польових залежностей макроскопічних параметрів АФМ, які пов'язані із мікроструктурою кристалу (закон відповідних станів), адекватно описує зворотну поведінку макроскопічних параметрів при введені-виведені поля, температурну залежність поля монодоменізації та кореляцію між величиною поля монодоменізації та величиною спонтанної магнітострикції для широкого класу антиферомагнетиків.

7. Встановлення далекого магнітного порядку через немагнітні прошарки в синтетичних антиферромагнітних структурах на основі широкозонних напівпровідників обумовлено наявностю в системі далекосяжних взаємодій магнітопружної природи. Магнітопружні сили призводять до утворення корельованої доменної АФМ структури в напрямку росту плівки. Той же самий механізм призводить до узгодження фази та кроку гелікоїдальних структур в багатошарових плівках MnTe/CdTe, в AФM типу II (111)EuTe/PbTe, а також лежить в основі явища баясу в складних системах АФМ/ФМ за наявності сильної магнiтострикцiї АФМ.