Спектры дислокационных пробегов в кристаллах NaCl при магнитных воздействиях ЭПР типа в диапазоне частот 5–210 кГц Текст научной статьи по специальности «Физика»

4. Корзникова Г. Ф., Корзникова Е.А. Получение монолитных образцов из быстрозакаленных сплавов на основе Ni путем компакти-рования на наковальнях Бриджмена // Письма о материалах. 2012. Т. 2. № 1. С. 25-28.

5. Pauly S., Das J. Martensite formation in a ductile Cu47.5Zr47.5Al5 bulk metallic glass composite // Advanced Engineering materials. 2007. V 9. №2 6. P. 487-491.

БЛАГОДАРНОСТЬ: Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 12-08-970008 р_а).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Korznikov A.V., Czeppe T., Korznikova G.F. FEATURES OF FAILURE OF Ni BASED MELT SPUN RIBBONS CONSOLIDATED ON BRIDGMAN ANVILS

The structure and properties of Ni-based melt spun ribbons in initial state and after consolidation on Bridgman anvils were investigated. It was shown that fracture of consolidated samples occurs by complex mechanism - both by brittle crack propagation and ductile flow, which causes high strength characteristics of consolidated samples.

Key words: amorphous alloys; fracture; consolidation.

УДК 548.4:537.63

СПЕКТРЫ ДИСЛОКАЦИОННЫХ ПРОБЕГОВ В КРИСТАЛЛАХ КаС1 ПРИ МАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ЭПР ТИПА В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 5-210 кГц

© В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, М.В. Колдаева, Е.А. Петржик

Ключевые слова: магнитопластичность; дислокации; диэлектрики; ЭПР.

Обнаружено, что резонансные пики дислокационных пробегов в кристаллах №С1 в области низких частот переменного магнитного поля, скрещенного с полем Земли, имеют расщепленную структуру. Показано, что обнаруженное расщепление отражает неэквивалентность позиций примесных центров в ядре дислокации.

Движение дислокаций в магнитном поле в немагнитных кристаллах широко и подробно изучалось во многих исследовательских группах [1-3]. Явление, именуемое магнитопластичностью, связано с преобразованием в магнитном поле примесных центров, закрепляющих дислокацию. В результате спин-зависимых электронных переходов в системе дислокация - примесь происходит трансформация центра, изменяющая его структуру и, как следствие, энергию взаимодействия с дислокацией. Модификация примесного центра может происходить как в постоянном магнитном поле за счет магнитостимулированной эволюции спинов в системе [1-4], так и в условиях ЭПР [5].

Резонансные пики дислокационных пробегов в кристаллах ЫаС1 впервые были получены в условиях классического ЭПР [5]:

Ну = №вB , (1)

где Н - постоянная Планка; ^ - магнетон Бора; V = 9,5 ГГц и 152 МГц [5]; B - индукция постоянного магнитного поля; g и 2 - фактор Ланде. Как оказалось, резонансные смещения дислокаций в кристаллах ЫаС1 также наблюдаются в ультраслабых скрещенных полях, магнитном поле Земли BEaIth ~ 50 мкТл и переменном поле на частоте у~ 1 МГц, отвечающей зееманов-скому условию (1) [6].

Обнаружено [6, 7] существенное отличие характера резонансного движения дислокаций в магнитных полях радио- и СВЧ диапазонов. В последнем случае перемещения дислокаций были изотропными на всех гранях кристалла [5]. В экспериментах в поле Земли пробеги дислокаций L||a (см. вставки к рис. 1), ортого-

нальных плоскости полей, были значительно больше, чем у дислокаций L||b или c. Кроме того, была замечена [6] и изучена [7] ориентационная анизотропия самого условия резонанса в схеме типа ЭПР в поле Земли. Частоты резонансных пиков в сверхнизких магнитных полях определяются модифицированным условием (1) с учетом угла 0 между вектором постоянного поля и направлением <100> в образце:

hv = gVBBEarth cos 0 . (2)

Правую часть условия (2) можно представить как скалярное произведение «замороженных» спиновых моментов М, 2 и вектора BEarth (см. вставку к рис. 1в). Таким образом, согласно [6, 7], каждому положению кристалла относительно поля BEarth соответствуют, по крайней мере, две резонансных частоты:

hv1,2 = g(M1,2BEarth) = gVBBEarthcos01,2 , 01 + 02 = 90°.

Методика проведения экспериментов подробно описана в [7]. Магнитное поле Земли составляло 49,97 мкТл. Переменное магнитное поле (B ± BEarth ) создавалось вокруг прямолинейного проводника с током заданной частоты. Амплитуда B была 2,5 или 3,12 мкТл (при 0 = 30° и 60°), время экспозиции 5 мин. Исследовались кристаллы NaCl с общей концентрацией примесей (в основном Ca) около 10 ppm. Здесь обсуждаются пробеги свежих краевых дислокаций a-типа (схема на рис. 1 б). Положение дислокаций выявлялось избирательным травлением.

1800

резонансными частотами, описываемыми формулой (2) с заменой 0 на 0 ± А0,.

Рис. 1. Пики резонансных пробегов дислокаций для разных углов 0 (а); зависимости относительной частоты резонанса (б) и £-фактора (в) от угла 0. На вставках - схемы ориентации образца относительно Веш*. у0 = у(0°) = 1,38 МГц

На рис. 1а показаны резонансные пики среднего пробега дислокаций, нормированного на расстояние между дислокациями, в кристаллах №01 для разных углов поворота образца вокруг оси а относительно вектора поля Земли. Как видно из сравнения на рис. 1б, отношения v(0)/vo(O°) с со80 (сплошная кривая), в области больших углов наблюдается некоторое отклонение измеренных значений v/v0 от кривой СО80. При расчете для тех же углов и частот значений g-фактора по уравнению (2) (точки 1 на рис. 1в) заметно все увеличивающееся с ростом угла отклонение значения g от уровня g и 2 (штриховая линия). Однако экспериментальные точки на рис. 1 б хорошо ложатся на кривую соз(0 + 2°). Расчет g-фактора при такой замене аргумента тоже убирает значительное отклонение от g и 2 при больших углах (точки 2 на рис. 1 в).

Эмпирическая поправка А0 и 2° к аргументу 0 в (2), по-видимому, учитывает отклонение спинового момента от направления <001> (в низкочастотной области [010] для дислокаций а-типа [7]) из-за искривления решетки в ядре дислокации. Но тогда должна быть и другая симметрично эквивалентная позиция Са в ядре дислокации, отвечающая отклонению момента на угол А0 и -2° и дополнительному пику, описываемому формулой (2) с заменой 0 на 0 - 2°. Вообще говоря, в ядре дислокации может быть несколько позиций для примеси Са, характеризуемых разными углами А0,-. И каждой из них должны соответствовать по два пика пробегов с

Рис. 2. Спектры пробегов дислокаций а-типа для набора углов 0. Темными точками выделен пик с рис. 1 (см. текст)

Для проверки этого предположения исследуемый частотный диапазон был расширен в постановке 0 = 85°. На рис. 2 вверху темными точками показан пик дислокационных пробегов с рис. 1 а, а светлые точки получены позднее. В правой части спектра вместо одного ожидаемого пика отчетливо различаются два. Это указывает на то, что и широкий пик в левой части спектра тоже двойной. После проведения серии аналогичных экспериментов для набора углов 0 = 86°, 87,5° и 90° (рис. 2) стало ясно, что резонансных пиков не два, а четыре. По их частотам, зафиксировав g = ^0°) = 1,97,

1801

из уравнения (2) были рассчитаны углы между векторами спинового момента и поля Земли 0* = 0 ± А012 для каждого из пиков в спектрах. Как и ожидалось, отклонения А01,2 действительно не зависят от угла 0, выставляемого в эксперименте, образуя в пределах точности эксперимента симметричные пары А0! и ±1 ° и А02 и ±2,5°.

Для 0 = 90° наблюдаются только два резонансных пика в этой области частот, что тоже подтверждает предположение об отклонении моментов от направления [010]. В противном случае, в этой постановке кристалла в низкочастотной области не могло бы быть резонансных пиков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А., Магнитопластический эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 826-854.

2. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел (Обзор) // ФТТ. 2004. Т. 46. Вып. 5. С. 769-803.

3. Моргунов Р.Б. Спиновая микромеханика в физике пластичности // УФН. Т. 174. № 2. С. 131-153.

4. Бучаченко А.Л., Сагдеев Р.З., Салихов КЗ. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. Новосибирск: Наука, 1978.

5. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Иванов В.Е., Жуликов С.Е., Дмитриевский А.А. Электронный парамагнитный резонанс в подсистеме структурных дефектов как фактор пластификации кристаллов №С1 // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68. Вып. 5. С. 400-405.

6. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Морозов В.А., Кац В.М., Лукин А.А. Парамагнитный резонанс в магнитном поле Земли как причина движения дислокаций в кристаллах №С1 // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. Вып. 2. С. 97-101; Резонансные перемещения дислокаций в кристаллах №С1 в условиях ЭПР в магнитном поле Земли с радиочастотным полем накачки // ФТТ. 2011. Т. 53. Вып. 10. С. 2010-2017.

7. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. Анизотропия резонансной магнитопластичности кристаллов №С1 в магнитном поле Земли // ФТТ. 2013. Т. 55. Вып. 2. С. 318-325.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа частично поддержана Президиумом РАН (Программа № 24) и РФФИ (гранты № 10-02-01099 и № 13-02-00341).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldayeva M.V., Petrzhik E.A. SPECTRA OF DISLOCATION DISPLACEMENTS IN NaCl CRYSTALS UNDER EPR TYPE EXPOSURE IN FREQUENCY RANGE 5-210 kHz

It is found that the resonance peaks of dislocation paths in NaCl crystals under the low frequency AC magnetic field crossed with the Earth field have a split structure. It is shown that the observed splitting reflects nonequivalence of impurity positions in the dislocation core.

Key words: magneto-plasticity; dislocations; dielectrics; EPR.

УДК 548.4:537.63

ПОДВИЖНОСТЬ ДИСЛОКАЦИЙ В КРИСТАЛЛАХ ^С1 С ПРИМЕСЯМИ N1 И Са В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ И В СХЕМЕ ЭПР РАДИОДИАПАЗОНА

© В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, М.В. Колдаева,

Е.А. Петржик, Д.О. Шведченко

Ключевые слова: магнитопластичность; дислокации; диэлектрики; примеси.

Исследована магнитопластичность кристаллов №С1(Са) и №С1(№) в постоянном магнитном поле и при ЭПР воздействии в поле Земли. Показано, что при обработке кристаллов в постоянном поле подвижность дислокаций в КаС1(№) значительно выше, чем в ЫаС1(Са), а в резонансном режиме - наоборот. При этом пороговое поле накачки, начиная с которого появляется резонансная магнитопластичность, в КаС1(№) вдвое ниже, чем в ЫаС1(Са).

Как известно [1], многие кристаллы в магнитном поле изменяют свои механические свойства. Природа этого явления, именуемого магнитопластическим эффектом (МПЭ), связана с магнитоиндуцированной трансформацией спиновых состояний примесных центров на дислокациях. Это приводит к снятию квантового запрета на определенные электронные переходы и изменяет как структуру комплекса, так и его взаимодействие с дислокацией. Такие процессы могут происходить и в постоянном магнитном поле (~1 Тл), и в резонансном режиме типа ЭПР. Первое экспериментальное наблюдение МПЭ в резонансном режиме было осуществлено [2] в кристаллах ЫаС1, помещенных в скрещенные магнитные поля, постоянное (~0,3 Тл) и

переменное СВЧ поле на частоте ~10 ГГц. Недавно было показано [3, 4], что резонансное увеличение подвижности дислокаций существует и в радиодиапазоне, когда в качестве постоянного поля используется магнитное поле Земли.

Целью настоящей работы является изучение влияния примесей Са и N1 на резонансную подвижность дислокаций в кристаллах №С1 под действием магнитного поля Земли, скрещенного с радиочастотным полем накачки, и сопоставление этих результатов с данными для тех же кристаллов, обработанных в постоянном магнитном поле.

Исследования проводились на монокристаллах №С1 двух типов, выращенных методом Киропулоса в

1802