Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |   ...   | 12 |

Каковы же могут быть конкретные механизмы спи- Как следует из экспериментальных данных, привеновой конверсии в МП Броклехурст [237], Каптейн денных в двух первых разделах обзора, вид примеси и Оостерхоф [238] выдвинули основополагающие идеи и ее состояние имеют решающее значение для МПЭ о роли S-T переходов в процессах рекомбинации РП в ионных и ковалентных кристаллах. В различных и возможных механизмах влияния на них внешнего и постановках и условиях эксперимента эта чувствительвнутреннего ядерного МП, которые эксплуатируются с ность проявляется по-разному. Зачастую это происходит небольшими вариациями до настоящего времени. Все прямо противоположным образом, как, например, в они могут быть сведены к трем основным, получившим - и B-тестах (рис. 8 и 11), или в зависимости от названия g, HFI и J, или к их комбинациям[239,240]. концентрации Ca, пробегов индивидуальных дислокаций В первом изменения спинового состояния РП во внеш- и коэффициента деформационного упрочнения при манем МП осуществляются за счет различия g-факторов кротечении (рис. 3, a и 9). В соответствующих разделах двух взаимодействующих радикалов. Во втором, при- дается объяснение этим кажущимся противоречиям.

нимающем во внимание сверхтонкое взаимодействие Высота локального барьера, который создает при(СТВ), учитывается влияние магнитного момента атом- месь для движения дислокации, определяется многими ных ядер радикалов на спиновое состояние электро- обстоятельствами: ионным радиусом, зарядом, спином, нов. Наконец, в последнем рассматривается спиновый количеством примесных атомов в комплексе, расстоякатализ превращений в РП третьим носителем спина, нием от плоскости скольжения и др. В общем случае приближающимся к ней. энергию взаимодействия дислокации со стопором U Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Магнитопластичность твердых тел можно представить как сумму трех членов U = Ud + Ue + Uex, (2) где Ud, Ue, Uex Ч упругая энергия взаимодействия с полем дилатации стопора, электростатическая и обменная энергия соответственно.

Имеющиеся скудные данные об очень ограниченной номенклатуре примесей, исследованных в МПЭ к настоящему времени, не позволяют сделать окончательных выводов и предсказаний о силе стопоров, образованных теми или иными примесными атомами. Однако некоторые соображения могут быть подкреплены экспериментальными наблюдениями.

В термоактивируемом режиме преодоления локальных стопоров (а именно в этом режиме двигались дислокации во всех без исключения работах по МПЭ) дислокация (точнее, ее сегмент), наткнувшись на препятствие, должна ожидать подходящей тепловой флуктуации для его пересечения или огибания. Спектр мощности стопоров в реальном кристалле всегда очень широк, даже если принимать во внимание только один вид примеси Рис. 19. Пластическая деформация как совокупность твердои пробеги меньше среднего расстояния между дислокательных химических реакций между структурными дефектами:

циями леса (что типично для большинства описанных 1, 2 и 3 Ч мономолекулярные реакции открепления дислокавыше экспериментальных работ).

ции от стопора, распада комплекса точечных дефектов и его Иновалентная примесь в ионном кристалле (Ca, Cu, переориентации соответственно; 4, 5 и 6 Ч бимолекулярные реакции закрепления дислокации на стопоре, образования Pb, Mn, Eu) для компенсации избыточного ионного комплекса точечных дефектов и рекомбинации парамагнитных заряда обычно присоединяет катионную вакансию, обцентров в ядре дислокации соответственно.

разуя с ней примесно-вакансионный диполь (ПВД). Эти ПВД могут находиться в изолированном состоянии, но значительная их часть входит в комплексы из двух, трех и более диполей (димеры, тримеры и т. д.), что равенстве обменной энергии последние две примеси дает выигрыш в свободной энергии около 0.1 eV на создают гораздо большее дилатационное искажение в пару. Всегда имеется распределение по числу ПВД Z в решетке, чем Ca, что делает роль спинового состояния комплексах, зависящее от предыстории образца (способа этих примесей малозначимой для величины U в (2).

выращивания, характера предшествовавшей термообраАктивная пластическая деформация или релаксация ботки, температуры, времени старения и т. д.). Из вполне структуры под действием внутренних напряжений выочевидных соображений и многочисленных эксперимензывает образование, движение, взаимодействие, аннигитальных данных (см., например, [249]) вытекает, что ляцию и другие преобразования дефектной структуры наибольшее значение для пластичности кристалла имекристалла, что можно рассматривать как совокупность ют стопоры, содержащие от единиц до десятков ПВД.

химических реакций между различными реагентами С увеличением Z мощность стопоров нарастает, но их (рис. 19). Разумеется, условия протекания реакций междоля в статистике падает (с учетом закона сохранения ду структурными дефектами в кристалле и реагентами массы примеси в образце). Полное равновесие между в жидкой или газообразной фазе (обычные объекты этими состояниями примеси практически никогда не спиновой химии) значительно различаются в силу ряда достигается, и релаксационные процессы в этой системе причин.

могут протекать годами. Поэтому биография кристалла, 1) В реальном кристалле в отличие от химической существенно влияющая на механическую подвижность реакции в пробирке имеется множество различных редислокаций, имеет не меньшее, если не большее, знаагентов, способных вступать между собой в реакции, чение и для МПЭ. Действительно, и тип примеси и ее состояние, варьируемое термообработкой, освеще- особенно в условиях пластической деформации (точечные дефекты, их комплексы и агрегаты, дислокации нием, облучением, играли большую роль в МПЭ (см.

различных типов; дефекты, захваченные ядром дислокаразделы 1 и 2). Так, примесь Ca с ионным радиусом ции и др.). Причем многие из них не могут считаться 0.197 nm во всех опытах обеспечивала чувствительность кристаллов NaCl к МП (ионный радиус Na 0.186 nm), химически неизменными, так как представляют собой а примеси Cu и Mn (ионный радиус 0.127 и 0.136 nm сложно устроеннные квазимолекулы, способные измесоответственно) подавляли МПЭ. Ясно, что даже при нять конформацию и даже состав.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 792 Ю.И. Головин Рис. 20. Основные этапы одного цикла при движении дислокации через случайную сетку локальных стопоров и их ориентировочные времена. МП способно действовать только на короткоживущие возбужденные состояния электронов во взаимодействующих дефектах.

2) Все структурные дефекты находятся в тесном окру- ния между стопорами tm = B/ b (где a Ч паражении, сильно влияющем на их свойства через измене- метр решетки, B Ч коэффициент вязкого торможение электронной структуры и ограничение возможных ния дислокации, Ч сдвиговые напряжения в плосориентаций, положений и подвижности. кости скольжения): V = /(tw + tm). В пренебреже3) Время пребывания в реакционной ячейке двух нии tm (что является хорошим приближением для радикалов, входящих в состав взаимодействующих де- большинства результатов, описанных в первых двух фектов, определяется не столько хаотическим тепловым разделах обзора) tw a Z/C/ V. Численные оцендвижением, как в жидкости, сколько действием внешних ки показывают, что в опытах с депиннингом в МП и внутренних механических напряжений.

tw 10-2 - 1 s, с подвижностью индивидуальных дис4) Спин-решеточная релаксация в кристалле быстрее локаций Ч tw 10-3 - 10-1 s, с макродеформированиразрушает спиновые корреляции в парах.

ем Ч tw 10-5-10-3 s (в зависимости от типа и конТем не менее существующие представления и теории центрации примеси, уровня механических напряжений, спин-зависимых и магнитных эффектов в радикальных температуры и т. д.). Любые из этих чисел заведомо реакциях могут оказаться хорошей отправной точкой больше характерных времен спиновой динамики.

для анализа природы МПЭ в твердых телах.

Будучи прижатой механическим напряжением к стоВ отсутствие детальной информации о динамике пору, дислокация делает множество попыток пребыстропротекающих стадий взаимодействия дислокации одолеть его с частотами всего фононного спектра со стопором можно сделать лишь некоторые ориенти( f = 106-1013 Hz) и спектра собственных колебаний ph ровочные оценки их характерных времен. Представим дислокационной структуры [250] движение дислокации через случайную сетку стопоров в плоскости скольжения как многократно повторяющийся f =(n/2) 12/m n цикл (рис. 20), выделим в нем отдельные стадии и оценим их характерные времена t.

(0.4n/) GS/ n(108-109) Hz, Макроскопическая скорость движения дислокации V определяется средним расстоянием между стопорами в где Ч линейное напряжение, m - эффективная погон плоскости скольжения = a Z/C, средним временем ная масса дислокационной линии, GS Ч модуль сдвига, ожидания у стопора tw и временем вязкого движе- Ч плотность, n Ч номер гармоники.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Магнитопластичность твердых тел Следовательно, дислокация делает миллионы без- Еще раз подчеркнем, что сделанные оценки не преуспешных попыток, атакуя барьер, прежде чем он будет тендуют на количественный характер. Они лишь служат преодолен. В процессе этих короткоживущих возбужде- ориентиром для дальнейшего учета и анализа роли ний и может произойти спиновая конверсия в МП. отдельных быстропротекающих стадий в МПЭ.

М. Молоцкий полагает [251], что дислокация преодо- 3.4. Теория спин- зависимого депиннинга левает стопор благодаря боковому движению перегиба д и с л о к а ц и й. Положим для простоты, что все слабые по дислокационной линии и оценивает характерное вре- стопоры и ядра дислокаций обладают парамагнитными мя их взаимодействия величиной 10-7-10-9 s. Вряд свойствами. Тогда, заметая площадь dS, N-ая дислокация ли это может быть основным способом преодоления взаимодействует с dn adSN C/Z такими стопорами.

= локальных барьеров дислокациями в ионных кристаллах, С учетом этих обстоятельств скорость пластической и определенно он не единственный. Но такое предпо- деформации может быть выражена через константу ложение вносит определенность в длительность стадии скорости K = dn/Cdt мономолекулярной реакции разпреодоления стопора. рыва связи между парамагнитным центром в ядре дислоВ действительности можно выделить еще несколько кации D и стопоре Obs (Q D + Obs) следующим промежуточных стадий: при приближении дислокации образом:

к стопору должно возникнуть и электронное, и молеdSN dn кулярное возбуждение структуры взаимодействующего d/dt = A = A = K. (3) dt a C dt дислокационного сегмента и атомов стопора, и тольN N ко затем начнется ожидание необходимой флуктуации Здесь = A/a Ч геометрическая константа.

(если стопор не был преодолен сразу). Характерные времена этой стадии могут определяться как вре- Таким образом, измерения подвижности дислокаций или скорости макроскопического течения эквивалентны менем сближения термов взаимодействующих атомов t B/ = 10-10-10-9 s, так и собственными частота- определению константы скорости K разрушения квазимолекул Q, образованных дислокациями и стопорами.

ми дислокационной струны и спектром фононов.

В более строгом рассмотрении, очевидно, необходимо Аналогично после успешной спиновой конверсии в принять во внимание наличие непарамагнитных стоРП необходимо время для удаления заторможенного дислокационного сегмента на несколько параметров ре- поров и вероятность чисто упругого взаимодействия дислокаций с ними, а также диффузионную подвижность шетки. Но на этом пути он тоже может быть захвачен другими частями примесного комплекса. Иными слова- парамагнитных центров как в объеме кристалла, так и вдоль ядра дислокации. Разрешающая способность ми, весьма вероятно пошаговое преодоление комплекса.

современных методов измерения характеристик подвижТогда характерное время ухода сегмента от стопора ности индивидуальных дислокаций такова, что позволяет может быть значительно выше t B/ и составлять определять изменения под действием МП величины K в заметную долю tw.

Часто роль молекулярной и дислокационной динами- единичных актах реакции Q D + S.

ки недооценивается в анализе природы МПЭ, и ста- В серии статей [241,251,253Ц260] проанализирована спин-зависимая стадия процесса преодоления парамагдия спиновой конверсии априорно и безосновательно нитного стопора дислокацией. В этой модели предпосчитается определяющей величину макроотклика. Так, лагается, что пребывание РП D + S в S-состоянии в [252] время депиннинга дислокации отождествляется означает захват и торможение скользящей дислокации, с продолжительностью спиновой эволюции в системе дислокацияЦстопор, а само это время определяется пу- а в T-состоянии Ч полное отсутствие тормозящих свойств у стопора и беспрепятственное движение дистем простого умножения 1/c 10-1-10-2 s (см. п. 1.и рис. 4) на произвольный коэффициент 10-2. Предпо- локации мимо него. В рамках такого приближения ложение о том, что МПЭ должен резко ослабляться при пробеги дислокаций в присутствии МП определяются повороте вектора B на 10-2 радиана или меньше, никак заселенностью S-состояний S в паре.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |   ...   | 12 |    Книги по разным темам