УДК 548.736.4:538.214.221 ВПЛИВ ЗАМІЩЕННЯ Co ФЕРУМОМ ...

ISSN 2078-5615. Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2011. Випуск 52. С. 121–125
Visnyk of the Lviv University. Series Chemistry. 2011. Issue 52. P. 121–125
УДК 548.736.4:538.214.221
ВПЛИВ ЗАМІЩЕННЯ Co ФЕРУМОМ НА МАГНІТНІ
ВЛАСТИВОСТІ СПОЛУКИ SmCo9Si4
Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стадник
Львівський національний університет імені Івана Франка,
вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна
e-mail: romakal@franko.lviv.ua
Досліджено магнітні властивості зразка SmCo 5,5Fe 3,5Si 4 в інтервалі температур 2–1 100 K
та вивчено вплив заміщення Со атомами Феруму на магнітні характеристики сполуки
SmCo 9Si 4 структурного типу CeNi 8,5Si 4,5. Для визначення природи магнітної взаємодії ренгенографічно
досліджено напрям осі легкого намагнічування.
Ключові слова: інтерметалід, сполуки кобальту, намагніченість, магнітна кристалічна
анізотропія.
Особливий інтерес до класу інтерметалевих сполук рідкісноземельних металів
(R) зумовлений існуванням цікавих фізичних ефектів – проміжної валентності,
важких ферміонів, співіснуванням надпровідності та магнетизму, створенням на
основі інтерметалідів нових магнітно-жорстких матеріалів з високою магнітною
енергією тощо. Зокрема, широко вивчають магнітні властивості сполук, що містять
як рідкісноземельні 4f-метали, так і 3d-елементи з тріади Феруму (Манґан, Ферум,
Кобальт, Нікель). Попередні дослідження тернарних силіцидів RCo9Si4 (R = Y, Sm,
Gd, Tb) [1, 2] зі структурою типу CeNi8,5Si4,5 засвідчили, що вони мають високі магнітні
характеристики і можуть бути перспективними для створення нових магнітних
матеріалів. За даними вимірювань магнітних властивостей, наведених у [3], сполука
NdCo9Si4 є феромагнетиком з високою температурою Кюрі (~1 065 К). Відомо, що
модифікація компонентного складу вихідних сполук шляхом часткової заміни
елементів може приводити до поліпшення їхніх магнітних властивостей. Проведене
нами дослідження твердого розчину NdCo9–xFexSi4 та вивчення впливу заміщення Со
атомами Феруму на магнітні характеристики вихідної сполуки NdCo9Si4 засвідчили,
що значення температури Кюрі та намагніченості зразків твердого розчину зростають
пропорційно до вмісту Феруму [4]. Отже, дослідження впливу Феруму на магнітні
властивості силіцидів RCo9Si4 мають прагматичну мету модифікації магнітних
характеристик інтерметалідів для пошуку перспективних магнітних матеріалів. Наша
мета − вивчення впливу Феруму на магнітну поведінку тернарного силіциду
SmCo9Si4.
Зразки сплавів твердого розчину SmCo9–xFexSi4 (х = 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,5) виготовлено
методом електродугового плавлення шихти вихідних компонентів в атмосфері
очищеного аргону. Чистота вихідних компонентів становила, мас. %: Sm – 99,9,
Co – 99,99, Fe – 99.99, Si – 99.999. Гомогенізувальний відпал проводили у вакуумованих
(0,1 Па) ампулах з кварцового скла за 1 070 К протягом 960 год з наступним
гартуванням у холодній воді. Склад зразків контролювали за допомогою рентге-
____________________________
© Гореленко Ю., Ромака Л., Стадник Ю., 2011

122
Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стадник
ISSN 2078-5615. Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2011. Випуск 52
нографічного (дифрактометр HZG-4а, FeKα-випромінювання) та металографічного
(електронний мікроскоп JEOL-840A) аналізів. Магнітні властивості виміряно з використанням
екстракційного магнетометра в інтервалі температур 2–1 100 К. Для визначення
напряму осі магнетокристалічної анізотропії (ВЛН) полікристалічний зразок,
подрібнений у порошок з розміром частинок

Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стадник
ISSN 2078-5615. Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2011. Випуск 52
Рис. 2. Температурна залежність намагніченості зразка SmCo 5,5Fe 3,5Si 4
У працях [5–7] з’ясовано, що рідкісноземельним сполукам з великим вмістом
Со, за температур, нижчих від кімнатної, властива переорієнтація магнітних моментів
атомів, і це призводить до особливостей у залежності σ(T). До того ж, ці особливості
наявні і в сполуках з ітрієм, атоми якого є у стані 1 S0, з чого випливає, що в
інтерметалідах типу RCo9Si4 визначальну роль у формуванні магнетокристалічної
анізотропії відіграє 3d-компонент.
Для визначення природи магнітної взаємодії за кімнатної температури
рентгенографічним методом досліджено напрям осі легкого намагнічування (осі магнетокристалічної
анізотропії) шляхом порівняння дифрактограм нетекстурованого
(рис. 3, а) та орієнтованого у сталому магнітному полі (0,4 Тл) (див. рис. 3, б) порошку
сплаву SmCo5,5Fe3,5Si4. Зміна інтенсивностей відбить та аналіз hkl-рефлексів свідчать
про наявність у сполуці напряму осі легкого намагнічення в базисній площині.
Аналіз міжатомних віддалей у структурі фаз RCo9-xFexSi4 виявив зменшення
віддалей (Co, Fe)–(Co, Fe) (0,233, 0,239 нм) порівняно з сумою атомних радіусів Co і
Fe (rCo = 0,125нм, rFe = 0,127 нм), що разом зі значним вмістом перехідного металу
свідчить про можливий переважний вплив прямої обмінної взаємодії між сусідніми
3d-атомами (Co,Fe)–(Co,Fe), яка є набагато сильнішою, ніж взаємодія між іншими
атомами. Цей висновок узгоджується з виконаним у [3] аналізом магнітних властивостей
сполук RCo9Si4, що містять як атоми “магнітних” рідкісноземельних елементів
(Pr, Nd, Gd, або Tb), так і “діамагнітних” (Y або La) металів, який засвідчив, що
високі значення температур Кюрі досліджуваних фаз зумовлені, насамперед,
переважною взаємодією Co–Co.
Отже, результати дослідження довели, що легування феромагнітної
інтерметалевої сполуки SmCo9Si4 Ферумом приводить до позитивних змін –
зменшення точки Кюрі та збільшення намагніченості за кімнатної температури.
123

124
Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стадник
ISSN 2078-5615. Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2011. Випуск 52
Рис. 3. Дифрактограми нетекстурованого (а) та орієнтованого
у магнітному полі (б) порошків зразка SmCo 5,5Fe 3,5Si 4
Роботу виконано за ґрантом Міністерства освіти і науки України
№ 0111U001088.
____________________________
1. Skolozdra R.V., Shcherba I.D., Bodak O.I. et al. Magnetic properties, electronic
structure and X-ray spectra of RCo9Si4 compounds (R = Y, Gd, Tb) // J. Alloys Compd.
2000. Vol. 296. P. 272–275.
2. Гореленко Ю., Ромака Л., Щерба І. та ін. Магнітні властивості та електронна
структура сполук RCo9Si4 (R = Sm, Y, Gd, Tb) // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. хім. 2003.
Вип. 43. С. 62–68.
а
б

Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стадник
ISSN 2078-5615. Вісник Львівського університету. Серія хімічна. 2011. Випуск 52
3. Weihua T., Jingkui L., Guanghui R., Fumong Y. Structure and magnetic properties of
NdCo13–xSix // J. Appl. Phys. 1995. Vol. 78(3). P. 1884–1886.
4. Gorelenko Yu., Romaka L., Fruchart D. et al. Crystal structure and magnetic properties
of the NdCo9-xFexSi4 solid solution // J. Alloys Compds. 2005. Vol. 392. P. 81–83.
5. Buschow K.H.J., Hu S.J., Tegus O. et al. Anisotropy and spin-reorientations in Co-rich
rare earth compounds // J. Alloys Compds. 2001. Vol. 317–318. P. 2–7.
6. Gu Z.F., Zeng D.C., Liu Z.Y. et al. Spin reorientation in RFe11–xCoxTi compounds (R =
Tb, Er, Y). // J. Alloys Compd. 2001. Vol. 321. P. 40–45.
7. Kou X.C., Zhao T.S., Grössinger R. Ac-susceptibility anomaly and magnetic anisotropy
of R2Co17 compounds, with R = Y, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Lu
// Phys. Rev. B. 1992. Vol. 46. N. 10. P. 6225–6235.
EFFECT OF Co BY IRON REPLACEMENT
ON MAGNETIC PROPERTIES OF SmCo9Si4 COMPOUND
Yu. Gorelenko, L. Romaka, Yu. Stadnyk
Ivan Franko National University of Lviv,
Kyryla & Mefodiya Str., 6, 79005 Lviv, Ukraine
e-mail: romakal@franko.lviv.ua
Magnetic properties of the SmCo 5,5Fe 3,5Si 4 sample in the 2–1 100 K temperature range were
investigated. The effect of Со by Fe substitution on magnetic characteristics of the SmCo 9Si 4
compound with CeNi 8.5Si 4.5 type of structure was studied. For determination of the magnetic
interactions origin in the alloy the easy axis magnetizing direction was found used X-ray pattern of
the aligned, in static magnetic field, powder.
Key words: intermetallics, cobalt compounds, magnetization, easy magnetization axis.
ВЛИЯНИЕ ЗАМЕЩЕНИЯ Сo ФЕРРУМОМ
НА МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЯ SmCo9Si4
Ю. Гореленко, Л. Ромака, Ю. Стаднык
Львовский национальный университет имени Ивана Франко,
ул. Кирилла и Мефодия, 6, 79005 Львов, Украина
e-mail: romakal@franko.lviv.ua
Исследовано магнитные свойства сплава SmCo 5,5Fe 3,5Si 4 в области температур 2–1 100 K
и изучено влияние замещения Со атомами железа на магнитные характеристики соединения
SmCo 9Si 4 со структурой типа CeNi 8,5Si 4,5. Для определения природы магнитного взаимодействия
ренгенографически определено направление оси лёгкого намагничивания.
Ключевые слова: интерметаллид, соединения кобальта, намагниченность, магнетокристаллическая
анизотропия.
125
Стаття надійшла до редколегії 22.10.2010
Прийнята до друку 24.12.2010