金属间化物Nd(Fe1-xCox)10V2的磁性能机制.pdf

第 3 8卷 2 0 0 2年3月 第 3期 3 2 6 3 3 o页 仓 扁 学 破 ACT A MET AL LURGI CA S I NI CA Vm 3 8 No 3 Ma r 2 0 0 2 p p 1 3 0 金属间化物 Nd(F e l z Co。h o V2 罗广圣 曾贻伟(南昌大学化学与材料科学学院，南昌3 3 0 0 4 7)(北京师范大学物理系，北京 1 0 0 8 7 5)，t 要 通过 x 射线衍射磁剽置和 MS s s b a u e r谱测定了 N d(F e l C o h o V 2的结构和t性结 果襄啊 N d(F e l C o)o V 2(z=0 o 0 5 o l O o 1 5，0 2 0)化台 物的晶体 结构均 为T h Mn 1 2 型结 构：随着C o 含 量0蛇 j 夫，括 常 数将 单调减少 C o 原于的替 代将导 致化合 物各十 晶位 上的磁趣 精细 场值风 f 遥渐 增加C o 薛 分取代Nd F t C o h o V=中的 F 原于时，将择优占据 8 l铁晶位取向样品 N d F e 1 0 V2的热磁曲线和变温 M s s b a u e r 谱研究结果襄嚼，饿他台物在 T=l 2 0 K 条件下存在自 旋重取向现象 荚t调 N d(F e l C o)I O V2，择忧占 位，自 旋重取向，饱和磁 矩M s s b a u e r 谱 中曲法分类号T GI 3 2 2 文献标识码A 文章编号0 4 1 2 1 9 o 1(2 o o 2)o 3 0 3 2 6 0 5 M AGNETI C PR0PE I I Y M ECHA NI SM oF TH E I N TER ME T AL L I C COMP OUNDS Nd(F e a 一 C o h o V2 LUO Gu a n g s h e n g Co Ue ge of Che mi s t r y a nd M a t e r i a l Sc i en c l Na nc h an g Un i v er s i t y,Na ac h a ng 3 30 0 47 z ENG Y w e i De p a r t me n t o f Ph y s i c s，Be i j i n g N o r ma l Un i v e r s i t y,B e l j i n g 1 0 0 8 7 5 C o r ras p o n d e n t：LU O Gu a n g s h e n g，a s s o c i a t e p r o f e s s o r,T e l：(o 7 9 z)s z o o s o 5 F a x：(o 7 9 z)8 8 o 4 z o S u p p o r t e d b y N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t io n o f a n g ox i P r o v i n c e(N o 1 s 0 0 1 )M L nu s c r i pt r e c e i r e d 2 0 01 _0 4-1 7 i n r e v i s e d f or m 2 0 01 _ 0g _1 9 AB S T RA C T T h e c r y s t a l s t r u c t u r e a n d ma g n e t i c p r o p e r t i e s o f N d(F e l C o)1 0 V 2 h a v e b e e n s u r e d b y X r a y d _曲 a c t i o n ma g n e t i c p r o p e r t i e s me a s u r e me n t s a n d M s s b a u e r s p e c t r o s c o p y me t h o d s T h e fo l l o w i n g c o n c l u s io n s are o b t a in e d：a l l N d(F e l 一 c)l 0 V 2(x=0 0 0 5，O 1 0，0 1 5，O 2 0)c o mp o u n d s c rys t a l l i z e i n Th Mnl 2 一 t y p e s t r u c t u re，t h e l a t t i c e c o n s t a n t s d e c r e ase mo n o t o n i c a l l y wi t h i n c r e a s ing o f Co a t o m c o n c e n t r a t i o n S u b s t i t u t i o n o f CO f o r F e l e a d s t o a mo n o t o n i c i n c rea s e o f t h e h y p e r fi n e i n-t e r a c t i o n fi e l d Bh f o n a l l F e s i t esF u r t h e r mo re，t h e e x p e H me n t r e s u l t s s h o w t h a t CO a t o m o c c u p i e s p r e f e r e n t i a l l y 8 i F e s i t e r n N d(F e 1-z c)1 0 V2 c o mp o u n d s T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s o f t h e r o ma g n e t i c c u r v e s a n d M5 s s b a u e r s p e c t r o s c o p y a t d fi e r e n t t e mp e r a t u r e s i n d i c a t e t h a t t h e r e e x i s t s 8 s p i n r e o r i e n-t a t i o n a t T=1 2 0 K i n t h e o r i e n t e d s a mp l e Nd F e 1 0 V2 KE Y WORD S N d(F e l C o)l 0 V 2，p r e f e re n t i a l o c c u p a t io n，s p i n r e o r i e n t a t in n，s a t tt r a t i o n a t o m mo me n t，M S s s b a u e r s pe c t r o s c o py 最近几年，新型稀土(RE)一过援族(T)金属间化 合物永磁材料的探索集中在 1：1 2，2：1 7和 3：2 9 型稀土铁基化合物上【在探索新型稀土永磁材料的过 程中，人们发现利用磁性元素 C o，Ni 或非磁性元素 A l，Ga，S i 等替代 l：1 2型 R E F e化合物中的 F e，可以 有效提高材料的内禀永磁性能【0 J在 l：1 2型化合物 中，存在三个不等价过渡族晶位：8 i，8 j和 8，它们对 江西省自然科学基金资助项目 1 5 0 0 1 4 7 收到韧祷日期：2 0 o l 4 _ l 7，收到修改椿日期：2 0 0 1-(9-1 9 作者俺舟：罗广圣，男 1 9 7 0年生，副教授硬士 化合物的内禀滋性贡献不同选择 N d F e l o V 2为研究对 象主要基于以下考虑：(1)V原子为磁中性原子，投有 磁矩，可以集中研究 R E与 F e之间的相互作用；(2)R E F e l 2 一 V 中，当x=2 时磁性能最好；(3)R E F e l o V 2 中，当 R E 为 N d时的 N d F e l 0 V2 磁性能较好考虑到 N d F e 1 0 V 2的C u r ie 温度T c(5 7 0K)比S mC o 的 要低，探讨用 C o原子部分替代 F le原子 研究替代效 应对其结构和磁性能的影响以及 C o原子的占位情况和 自旋重取向等磁性能微观机制有重要意义 本文报道了通 过 x 射线衍射，磁测量和 MS s s b a u e r 潜研究 C o替代 N d F e 1 0 V 2中的 F e对化合物结构和磁性能的影响 j：维普资讯 http:/ 3期 罗广圣等：金属间化物 N d(F e：一 C o )i o V2 的磁性能机制 3 2 7 登 。富 嚣 耋 霎 称 、0黼 下 熔 lT ；_0 5 ,0 i 0，0 1 5,0 2 0)一 金 一 一一 3 1 0 P 键子，每个合金熔炼 次 保证均匀，然后在 a Co mp o s i t i o n 0，n n c，n n V，n m。W V S t r u c t u r e x=O 0 8 57 7 0 47 9 6 0 3 5 28 0 ThM n,2 x=0 0 5 0 8 5 7 1 0 4 7 9 4 0 3 5 2 2 -0 1 7 T h Mn 1 2 x=O 1 0 0 8 5 6 1 0 4 7 9 0 0 3 5 1 1 -0 4 8 Th M n 1 2 x=0 1 5 0 8 5 5 4 0 4 7 8 6 0 3 5 0 2 -0 7 4 Tb-n 1 2 =0 2 0 0 8 5 4 9 0 4 7 8 4 0 3 4 9 6 -0 9 1 驰l M斑2 耋 对鎏 豪 q 蠹 维普资讯 http:/ 金属学报 构成，8 晶位用一套六线谱拟台，8 j l，j 2为 晶 位的两个子晶位，8，8，2为 8，晶位的两个子晶位，这样用五套六线谱拟合另外，考虑刊杂质相的存在，增 加一套双线谱(顺磁性富 N d相)及一套单线谱(C s C 1 结构 F e V相，对称性程度很高，电四极分裂值 Qs可视 为零)参加拟台拟台时，(8 j,，8 j 2)，(8 1，8，2)两个 晶位上对应两十子晶位产生的六线谱分别具有相同的 I S，QS值，强度比均约束为 1：1，四套六线谱的宽度限制 为相等对 N d(F e t C o)1 0 V 2(x=O，0 1 0，0 2 0)三十 粉末样品在室温 2 9 0 K 和低温 8 0 K 两种温度条件下的 Mb s b a u e r谱进行丁拟合，低温与室温两种条件下拟台 方法一样 Nd(F e l C o)1 0 V2(z=0，0 1 0，0 2 0)的室 温 2 9 0 K 和低温 8 0 K 的 MS s s b a u e r谱以及拟台结果 分别示于图 1和表 2(表 2中的 I S为相对于室温条件下 a-F e的同质异能移)由表 2可知，室温 2 9 0 K 的各个 晶位的同质异 能移 I S均 比低温 8 0 K 的值小 这一实验现象是 由于二 次 Do p p l e r能移对同质异能移的贡献从表 2中不同 F e 晶位的同质异能移 I S值可知，随着 C o含量 的增加 同质异能移 I S整体没有出现规律性的变化这一现象是 由于掺入 C o原子后，晶格常数减小，电子密度增大导 致同质异能移 I s减小；同时，Co原子掺入之后成为 原子的近邻，使 F e原子成为 3 d电子的接受者从而对 s电子的屏蔽 作用增大，促使同质异能移 I S增加这两 方面效应综合起来使 I S呈现无规律性变化需要指出的 是，在 T=2 9 0K 时，8 铁晶位的 I S随 C o含量 z的 增加而呈单调减小趋势；而在 T=8 0 K 时，8 i 铁晶位的 I S呈无规律性变化，这表明在低温 8 0 K 下热运动效应 比择优占位效应更强 从表 2可以看出低温 8 0 K 和室温 2 9 0K 两种温 度条件下的电四极分裂值 q s均较小，且接近于零，这一 8-4 0 4 8 -8_ 4 0 4 B v e I o c m I o。田 1 N d(F e l Co)1 0 V (=0，0 l 0 0如)化合簪的宣温 2 9 0 K和低温 B oK的 Ms b s u e v谱圉 Fi g 1 Mbs e b a ue r s pe c t r a o f t he。c 岫 ou n如 Nd(F e l C o h o =0，0 1 0，0 如)a t r o o m t e m-p e r&t u r e 2 9 0 K(a)s a d lo wt e mp e r s t m e 8 0K(b)实验现象表明不同铁晶位上 F e原子接的周圈环境均具有 较高的对称性，且与温度关 系不大但是。T=2 9 0 K和：8 0 K条件下的 8 铁晶位上的电四撅分裂 q s值却较 大，并有突变，z=0 1 0和 0 2 0的 Q s值相对于 x=0 的 Qs值有突变，且变化的绝对值较大，分别约为 0 2 3 和0 1 3 r m s，并且随着 C o含量 的增大，屯四饭分裂 QS绝对值呈单谓增加趋势这一结果表明，C o鹰 好 部 分替代 N d(F e l C o)t 0 V 2化合榜中 F e原子，将择优 占据 8 铁晶位 忽略各个 F e晶位上的无反冲因子之f鄙 的差异，各套 谱线的面积比等于各 十 F e晶位上的 F e 原子数之 比据 此可推算出 F e原子在各个 F e晶位上的分布情况，从而 可推知 Co 原子的占位情况由表 2可知，T=2 9 0K 和 衰 2 N d(F e l z c )1 0 v 2(x=0，0 1 0，0 2 0)化合物在室温 2 9 0 K和低温 8 0 K条件下的 MS s s b s u e r 谱拟台结果 T a b l e 2 F it t i n g r e s u l t s 0 f M6 s s b a u e r s p e c t r a 0 f t h e N d(F e l z C o=)o V2 c o mp o u n d s a t r o o m t e mp e r a t u r e 2 9 0 K蛐d l o w t e m pe r a t u r e 8 0 K g；町 蚰 的 蚰 的 宕；的 町 帕 鲫 昕 帕 g；宕；繁重 E 直营 维普资讯 http:/ C o h o V 2 的磁性能机制 啪 等不同温度条件下的平均夹角9 进行了计算 计算缔幂 分别为 9 0。，8 5 a，5 2。，8。，0。由平均夹角 与量度的 关系可知，N d 1 0 V 2化合物在窒薯下呈理羹c轴各向 异性随着温度的逐渐降低，平均夹角 莲鬻增加这 表明 N d F e 1 0 V2化合物易磁化方向遂新僖离 c 轴在温 度下降到 1 2 0 K 时发生自旋重取向现象即其瞳结构由 易 c轴各向异性转至易 c平面各向异性 e 1 Nd R!l o Vj 取向样品的低温热磁曲线(一 示于图3 由图 3可 明显看出 N d F e l O V2化合物在 T=1 2 0 K 温度下发生自 旋重取 向现象与 MS s b a u e r 谱结果吻合得很好 V e c it y r r l ff l ll 圈 2 N d F l o V2 取向样品的变温 M6 i b I u 盯 落圈 F 2 Ms b s u e r s p e c t r a o f t h e o n t e dme N d F e,o V 2 a t di ffe r en t t e mpe r a t u r e s 在室温下，N d F e 1 0 V2化合物呈现易c 轴各向异性 而在 T=I 2 0 K 下其磁结构变至易 c平面菩向异性这 一实验现象表明，N d F e 1 0 V2化合物具有较强的童温单 轴各向异性在 N d F e 1 0 V2化合物中稀土 Nd原子占 据一个 2 n晶位，过渡金属 F e原子占据三十结晶学不等 效晶位 8 ，8 j，8 f，醋中性 V 原子在三十不等价铁晶位 上择优占位，导致 F e亚 晶格单轴各 向异性坩聋，从而 N d F e 1 0 V 2化合物在室温下具有较强的单轴各向异性 C o 替代 N d F e 1 0 V 2 化合物中的 F e 原子。C o择优占据 8 i 晶位。呈现面各向异性。随着 C o 原子含量的增加F e-Co 亚晶格的 单轴备 向异性将减弱，导曩N d l-m o h o V 2 群 盛：糊 0 c 芒一 吾要 维普资讯 http:/ 金属学报 3 8 卷 田 3 N d F e l 0 V2取 向 样品 的 热 醚 曲线 F 3 M T r v e of t h e o r i e nt e d s a m pl e NdFe l 0 V2 化合 物的易c 轴各向异性减弱，这样N d(F e 1 一 c o。)1 o v 2 化合物的 自旋重取向温度 将在 1 2 0 K 温度以下逐渐 减小，N d F e 1 0 V 2化合物具有最高的自旋重取向温度 3 结论 通过对金属问化物 N d(F e 1-=C o )1 0 V 2 的磁性能机 制进行研究可得出以下结论：(1)C o -T-的替代导致晶格霄戢的t奎各个 晶位磁趣精细场的增加，但仍保持 锄I Mn l 2 叠麓侔结构 不变(2)C o原子择优占据 8 F e晶位使舞俺台鞠的t 结构发生变化(3)Nd F e 1 0 V2化合物在 T：1 2 0 K温度下存在喜旋 重取向现象 参考文献 1】H a nXF，Y a n gFM，Z h u J J，P HG w哪YG，Wa n g J L Ta ngN，Zh a oR W J Ap p|1 9 9 7；8 1：3 2 4 8 2】Wa n g J L，T a n g N，B r u c k E，Z h a oR W，Y I FM，d e B o e rF R JAP P j Ph y m，1 9 9 7；8 1：5 1：$1 f 3】S h e ll B G C h e n g Z H，L i a ng B Gu o H q，Z g J X G o n gHY w衄g FW Y a h QW，Z h a nW 8 脚 Le s s 1 9 95；6 7：1 6 21 _4 Y a gYC S u nH Z h a n g ZY，S h e nBG H uB P t d eB o e r F R So|Sl a t mmt n1 9 88；6 8：1 7 5 l5 s h i p M，NB kmu r aY JP s o c J i m 1 9 7 0；4 0：1 2 9 5 6】Wa n g J L T N，Y a J I ED Y a n gFM d e 日 f FR A c t 4 P h 9 8 1 9 9 9；4 8(s u p p 1)：7 4 f7】Wa n gY z，H u B S o ng L，S h e ng BG J忡0州 M a t t e r 1 9 99：6：7 0 85 i 维普资讯 http:/