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1、第 卷 第 期年 月物 理 学 报 ,非 晶 态 合 金 的 磁 矩 和 居 里 温 度詹 文 山 沈 保 根 赵 见 高中 国 科 学 院 物 理 研 究 所年 月 日 收 到提 要本 文 系 统 地 报 道 单 辊 液 淬 方 法 制 备 田 , , , , , , , ,非 晶 态 合 金 的 磁 性 , 讨 论 了 , 村 , 元 素 的 加 人 对 非 晶 态 合 金 的 磁 矩 和 居 里 温 度 的影 响 实 验 结 果 表 明 在 非 晶 态 合 金 系 中 凡 原 子 磁 矩 都 在 。 内 左 右 原 子 在非 晶 态 价 基 合 金 中 比 在 相 应 的 晶 态 合 金
2、 中 显 示 更 强 的 局 域 特 性 原 子 的 磁 矩 与 元 素 的外 丢 电 子 数 有 关 , , , , 砚 族 原 子 的 磁 矩 分 别 约 为 。 , , 斗 ,内 的 磁 矩 与 铁 原 子 磁 矩 反 平 行 祸 合 合 金 磁 矩 随 如 , 含 量 的 变 化 率 杯 众 与 混 合 模型 的 计 算 值 相 符 合 用 虚 拟 束 缚 态 讨 论 , 得 到 , 族 元 素 的 虚 拟 束 缚 态 在 费 密面 以 上 , , 族 元 素 的 虚 拟 束 缚 态 与 费 密 面 交 迭一 、 引 言在 基 非 晶 态 合 金 中 , 加 少 量 过 渡 族 元 素
3、 可 以 改 进 非 晶 态 合 金 的 磁 性 、 电 性 、 耐腐 蚀 性 和 稳 定 性 等 过 渡 族 元 素 的 添 加 会 使 合 金 磁 矩 和 居 里 温 度 发 生 怎 样 的 变 化 早在 年 等 人 ,研 究 了 非 晶 态 合 金 , 一 二 二 。 。 一 , , , , 并 把 合 金 磁 矩 和 居 里 温 度 作 为 价 电 子 数 的 函 数 , 给 出 非 晶 态 合 金 的 一 曲线 , , 的 加 人 , 使 合 金 磁 矩 和 居 里 温 度 急 剧 下 降 认 为 是 由 于 的 磁 矩 与 , 的 磁 矩 反 平 行 藕 合 所 致 , 一 , 和
4、 习 分 别 报 道 和 讨 论 了 ,和 的 实 验 结 果 我 们 曾 分 别 报 道 了 , , , , ,一 ” 非 晶 态 合 金 的 磁 矩 和 居 里 温 度 本 文 综 合 现 在 和 过 去 的 工 作 系 统 地 报 道合 金 的 磁 矩 和 居 里 温 度 为 元 素 , , , 元 素 , , 。 ,元 素 , 实 验 结 果 表 明 非 晶 态 合 金 的 磁 矩 随 含 量 的 增 加 而 减 少 , 变 化 率 司为 负 值 , 并 与 混 合 模 型 的 计 算 值 符 合 较 好 这 一 点 不 同 于 晶 态 二 元 基 合 金 , 后 者 不符 合 混 合
5、 模 型 , 而 接 近 于 单 纯 稀 释 的 情 况 本 文 利 用 虚 拟 束 缚 态 概 念 ,对 实 验 结 果 讨 论 ,得 到 和 族 元 素 的 自 旋 向 上 的 虚 拟 束 缚 态 都 在 合 金 费 密 面 以 上 和 族 的 自旋 向 上 虚 拟 束 缚 态 与 费 密 面 交 迭 , 费 密 面 以 上 的 电 子 数 分 别 为 和 非 晶 态 合金 系 的 居 里 温 度 随 含 量 增 加 而 减 少 , 变 化 率 大 于 相 应 晶 态 基 二 元 合 金系今 卷二 、 实 验 方 法制 备 非 晶 态 合 金 的 原 材 料 分 别 用 多 的 , 拓 的
6、 合 金 , 多 的元 素 合 金 首 先 在 电 弧 炉 中 多 次 熔 炼 成 铸 锭 , 然 后 采 用 单 辊 急 冷 技 术 制 备 非 晶 态 薄 带元 素 极 易 氧 化 , 因 此 合 金 系 是 在 氢 气 氛 中 制 备 非 晶 薄 带 厚 约 一 微 米 ,宽 为 一 毫 米 用 射 线 衍 射 检 定 样 品 的 非 晶 态非 晶 态 合 金 的 热 磁 曲 线 用 一 型 磁 天 平 测 量 测 量 磁 场 为 , 温 度 为 一测 试 相 对 精 度 为 多 的 磁 化 强 度 与 磁 场 的 关 系 用 提 拉 法 磁 强 计 测 量 由超 导 磁 体 产 生 磁
7、 场 , 测 试 相 对 精 度 一 非 晶 态 合 金 在 绝 对 零 度 的 磁 矩 分 别 用以 上 两 种 方 法 测 量 大 多 数 合 金 系 是 从 热 磁 曲 线 , 利 用 的 定 律 外 推 到 零 度 , 得到 饱 和 磁 化 强 度 氏 由 于 合 金 样 品 都 是 强 铁 磁 性 的 , 自 发 磁 化 强 度 可 以 用 饱和 磁 化 强 度 氏 代 替 , 非 晶 态 合 金 系 是 测 量 的 。 一 曲 线 , 然 后 由 高 场的 线 性 段 外 推 到 零 场 , 得 到 自 发 磁 化 强 度 试 实 验 结 果 表 明 两 种 方 法 测 量 得 到
8、 结 果 , 误差 小 于 并 由 测 量 得 到 的 自 发 磁 化 强 度 , 可 以 求 得 合 金 中 过 渡 族 元 素 的 平 均 原子 磁 矩 万 合 金 分 子 式 为 卜 二 卜 , ,内式 中 为 合 金 的 克 分 子 量 , 内 为 玻 尔 磁 子 , 一 力 , 是 阿 伏 伽 德 罗 常 数 , 是类 金 属 的 含 量 , , , , 。 , , 合 金 系 的 居 里 温 度 用 低 交 变 场霍 普 金 森 效 应 测 量 , , 合 金 系 的 居 里 温 度 由 热 磁 曲 线 得 到三 、 实 验 结 果图 给 出 合 金 系 中 过 渡 族 元 素 的
9、 平 均 原 子 磁 矩 与 溶 质 元 素 含 量 的 关 系 显然 加 人 周 期 表 左 边 元 素 均 使 合 金 磁 矩 近 似 于 线 性 地 减 少 溶 质 原 子 对 合 金 磁 矩 的 贡献 有 两 部 分 第 一 部 分 是 溶 质 原 子 没 有 磁 矩 溶 质 原 子 的 加 人 仅 以 单 纯 稀 释 作 用 使 平 均原 子 磁 矩 下 降 第 二 部 分 是 溶 质 原 子 具 有 磁 矩 , 它 与 溶 剂 原 子 磁 矩 相 互 作 用 , 可 以 是 平行 , 也 可 以 是 反 平 行 祸 合 如 果 我 们 假 设 溶 剂 和 溶 质 原 子 的 磁 矩
10、 不 随 溶 质 含 量 改 变 则这 两 部 分 合 金 平 均 原 子 磁 矩 的 作 用 可 表 示 为杯 两 一 十 杯 二内 是 溶 剂 原 子 的 磁 矩 , 是 合 金 的 平 均 原 子 磁 矩 随 溶 质 含 量 的 变 化 率 式 又 可表 示 为杯 两 一 脚脚 为 溶 质 的 原 子 磁 矩 为 了 与 晶 态 二 元 合 金 系 比 较 , 式 中 杯 的 实 验 值 是 由 式 得到 表 给 出 了 乒 的 实 验 值 和 相 应 晶 态 合 金 系 的 实 验 值图 表 示 非 晶 态 合 金 系 的 居 里 温 度 随 含 量 的 增 加 近 似 于 线 性 地
11、 降 低溶 质 原 子 对 合 金 居 里 温 度 的 作 用 可 表 示 为翼 泥 詹 文 山 等 非 晶 态 合 金 盯 的 磁 矩 和 居 里 温 度名君图 乒 为 合 金 系 中 过 渡 族 元 素 的 平 均 原 子 磁 矩 图。 一 。 丫。 是 溶 剂 凡 非 晶 态 合 金 的 居 里 温 度 及 是 非 晶 态 合 金 的 居 里 温 度 随 溶 质 含 量的 变 化 率 非 晶 态 合 金 的 。 和 相 应 晶 态 二 元 合 金 系 的 值 同 时 列 在 表 中表 非 晶 态 合 金 系 的 原 子 平 均 磁 矩 和 居 里 温 度 随 溶 质 原 子 含 量 的
12、变 化 率 才 尽 加和 , 以 及 用 混 合 模 型 得 到 的 厕 值浏 实 验 尽 计 算八合 金 蕊 ,、 , 、 , 工 。拜厂 , 一 , 晶 木“ 一 , 一 互 非 晶 态 卜 卜拜拜 拜 晶 态 非 晶 态一卜 二 二 。 。, 一 二 二 。, 一 二 ,一 二 二 。 , , 。 , 一 二 。 二 。 , 工 , , 一 二 , 一 古, 一 二 二 。 。 。一 二 二 , , , ,。 , 二 二 。一 月王一一一 。一 。一 丁 弓一一一一一一一丁 万 二 爪 石 下 下 丁 药 二 万 一 牛一一一一一一一,斗、一一一,八门, ,乙一一一屯气,砚曰曰一一一 一
13、一 。 一 ,粼 书、于卫一勺乙 ,乙乙曰工勺 ,右一门口 曰州,乙 ,气乙 乙 勺乙 ,吕曰曰门万石 产 、一一一 月门曰 自下一、了式曰曰一一一乙日 月万, 气二上 ,乙 ,乙 乙一一一一一月一 、气一 ,乙 ,土一一一一一一一一份一、云 ,表 中 所 列 晶 态 数 据 取 自 文 献 四 、 讨 论原 子 磁 矩 由 式 得 到 在 非 晶 态 合 金 系 中 的 原 子 磁 矩 大 约 是石 物 理 学 报 卷群 见 表 低 于 晶 态 合 金 中 原 子 的 磁 矩 内 该 结 果 与 得 到 的 结 果 一致 早 期 人 们 认 为 原 子 磁 矩 的 减 少 是 由 于 原 子
14、 的 电 子 转 移 到 原 子 的 能 带 的结 果 , 即 电 荷 转 移 模 型 但 是 的 实 验 结 果 。 表 明 在 非 晶 态 中 不 存 在 这 样 的 电 荷 转 移过 程 对 非 晶 态 合 金 测 量 结 果 表 明 , 在 非 晶 态 合 金 中 不 同 类 型 原 子 间 的 距 离 并 不等 于 两 种 原 子 的 半 径 和 , 而 几 乎 等 于 共 价 键 长 阴 金 属 键 是 一 种 未 饱 和 的 共 价 键 因 此可 以 认 为 在 基 非 晶 态 合 金 中 原 子 的 电 子 并 没 有 转 移 到 原 子 的 能 带 中 , 而是 与 原 子
15、的 电 子 形 成 未 饱 和 的 共 价 键 参 与 共 价 结 合 的 电 子 失 去 电 子 的 特性 , 对 原 子 的 磁 矩 没 有 贡 献 故 降 低 了 。 原 子 的 磁 矩由 式 可 知 , 单 纯 稀 释 的 情 况 下 , 合 金 中 溶 质 原 子 没 有 磁 矩 , 脚 , 则 乒一 热 在 基 合 金 的 情 况 下 , 拼 一 内 实 验 结 果 表 明 非 晶 态 合 金 系 的 浏比 一 拼 。 有 更 大 的 负 值 用 式 得 到 的 溶 质 原 子 的 磁 矩 为 负 值 见 表 这 可 以唯 象 地 解 释 为 溶 质 原 子 具 有 磁 矩 , 并
16、 且 与 溶 剂 原 子 的 磁 矩 成 反 平 行 祸 合为 了 对 上 述 结 果 作 更 具 体 的 分 析 , 我 们 先 来 看 看 溶 质 原 子 是 怎 样 影 响 合 金 磁 矩 的 在晶 态 合 金 中 对 这 个 问 题 已 经 有 了 很 多 的 研 究 著 名 的 一 曲 线 给 出 晶 态 合 金的 实 验 结 果 也 给 出 了 非 晶 态 合 金 的 一 曲 线 该 曲 线 与 晶 态 的 形状 相 似 , 但 是 左 边 朽 度 线 比 晶 态 的 低 早 期 人 们 用 刚 带 模 型 解 释 一 曲 线 刚带 模 型 认 为 合 金 能 带 的 形 状 与 元 素 的 种 类 和 含 量 无 关 , 是 固 定 不 变 的 不 同 元 素由 于 电 子 数 目 不 同 , 填 充 能 带 的 情 况 不 同 未 成 对 的 电 子 数 产 生 原 子 磁 矩 在 现在 的 合
