Выпуски УФМ »  Том 13, выпуск 3

Статистическая термодинамика ближнего атомного порядка замещения и кинематика диффузного рассеяния излучения в (пара)магнитных сплавах ГЦК-Ni-Fe

С. М. Бокоч$^{1,2}$, В. А. Татаренко$^{3}$, И. В. Вернигора$^{3,4}$

$^1$Institute for Advanced Materials Science and Innovative Technologies, 15 Sauletekio Ave., 10224 Vilnius, Lithuania
$^2$ООО «НИК», бул. Леси Украинки, 34, 01133 Киев, Украина
$^3$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^4$Институт прикладной физики НАН Украины, ул. Петропавловская, 58, 40000 Сумы, Украина

Получена: 07.03.2012; окончательный вариант - 19.09.2012. Скачать: PDF

На примере сплава ГЦК-Ni—Fe применён статистико-термодинамический подход к численному анализу влияния термических и концентрационномагнитных флюктуаций на интенсивность кинематического диффузного рассеяния излучений (рентгеновских лучей или тепловых нейтронов) в атомно неупорядоченных (с ближним порядком (БП)) магнитных сплавах. В рамках (а) приближений самосогласованного (ССП) и среднего самосогласованного (СССП) полей и (б) простейшей «интерполяционной» аппроксимации получено выражение для распределения интенсивности диффузного рассеяния по квазиволновым векторам (в том числе и для брэгговской «фундаментальной» точки) в зависимости от полных энергий «смешения» атомов ГЦК-сплава в температурно-концентрационных ($T-c$) областях его макроскопически ферромагнитного и парамагнитного состояний. С использованием статистического метода Монте-Карло и доступных экспериментальных данных о параметрах БП Уоррена—Каули смоделированы 2D-картины распределения интенсивности диффузного рассеяния в плоскостях типа (001)$^{*}$ обратного пространства и соответствующее пространственное размещение (локальные конфигурации) атомов Fe и Ni на узлах. Учёт магнитных («обменных») взаимодействий атомов в статистической термодинамике сплавов с атомным БП проясняет значительные $T-c$-отклонения интенсивности диффузного рассеяния от значений, соответствующих классическому выражению для неё по формуле Кривоглаза—Клэппа—Мосса (ККМ) с постоянными параметрами межатомных взаимодействий. Выяснены принципиальные возможности и обоснованность использования обобщённой формы и основных предположений формулы ККМ для анализа интенсивности диффузного рассеяния в магнитных сплавах. Одним из результатов данной работы является установление возможности простого и достаточно точного оценивания полных энергий «смешения» при учёте магнитных и немагнитных вкладов на основе экспериментальных БП-интенсивностей для магнитных сплавов, определённых с применением только рентгеновских дифракционных методик для синхротронной измерительной аппаратуры вместо традиционных методик нейтронного рассеяния, которые обычно используются для диагностики магнитоупорядоченных материалов. Представленные аналитические и численные результаты о диффузном рассеянии в (пара)магнитных сплавах ГЦК-Ni—Fe согласуются с надёжными данными измерений дифракции рентгеновских лучей и тепловых нейтронов, накопленными за многие годы.

Ключевые слова: сплавы ГЦК-Ni—Fe, межатомные взаимодействия, взаимодействия магнитных примесей, ближнее атомное упорядочение, диффузное рассеяние, статистическая термодинамика, моделирование методом Монте-Карло.

PACS: 05.10.Ln, 61.05.cf, 61.72.Bb, 64.60.De, 75.30.Et, 75.40.-s, 75.50.Bb

Citation: S. M. Bokoch, V. A. Tatarenko, and I. V. Vernyhora, Statistical Thermodynamics of the Substitutional Short-Range Atomic Order and Kinematics of the Diffuse Scattering of Radiations in (Para)Magnetic F.C.C.-Ni–Fe Alloys, Usp. Fiz. Met., 13, No. 3: 269—302 (2012), doi: 10.15407/ufm.13.03.269

Цитированная литература (88)  
  1. M. A. Krivoglaz and A. A. Smirnov, The Theory of Order–Disorder in Alloys (London: Macdonald: 1965).
  2. D. de Fontaine, Solid State Physics (Eds. H. Ehrenreich et al.) (New York: Academic Press: 1979), vol. 34, p. 73.
  3. F. Ducastelle, Order and Phase Stability in Alloys (New York: Elsevier: 1991).
  4. A. G. Khachaturyan, Progr. Mater. Sci., 22: 1 (1978). Crossref
  5. A. G. Khachaturyan, Theory of Structural Transformations in Solids (Mineola, NY: Dover Publications Inc.: 2008).
  6. M. A. Krivoglaz, X-Ray and Neutron Diffraction in Nonideal Crystals (Berlin: Springer: 1996). Crossref
  7. M. A. Krivoglaz, Diffuse Scattering of X-Rays and Thermal Neutrons by Fluctuational Inhomogeneities of Imperfect Crystals (Berlin: Springer: 1996). Crossref
  8. B. Schönfeld, Progr. Mater. Sci., 44, No. 5: 435 (1999). Crossref
  9. G. E. Ice and C. J. Sparks, Annu. Rev. Mater. Sci., 29: 25 (1999). Crossref
  10. M. A. Krivoglaz, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 32: 1368 (1957).
  11. P. C. Clapp and S. C. Moss, Phys. Rev., 142, No. 2: 418 (1966). Crossref
  12. P. C. Clapp and S. C. Moss, Phys. Rev., 171, No. 3: 754 (1968). Crossref
  13. S. C. Moss and P. C. Clapp, Phys. Rev., 171, No. 3: 764 (1968). Crossref
  14. R. A. Tahir-Kheli, Phys. Rev., 188, No. 3: 1142 (1969). Crossref
  15. R. Kikuchi, Phys. Rev., 81, No. 6: 988 (1951). Crossref
  16. A. Finel, Statistics and Dynamics of Alloy Phase Transformations. NATO Advanced Studies Institute, Series B: Physics. Vol. 319 (Eds. P. E. A. Turchi and A. Gonis) (New York: Plenum: 1994), p. 495. Crossref
  17. J. M. Sanchez, V. Pierron-Bohnes, and F. Meja-Lira, Phys. Rev. B, 51, No. 6: 3429 (1995). Crossref
  18. R. Brout, Phase Transitions (New York: Benjamin: 1965). Crossref
  19. I. R. Yukhnoskii and Z.A. Gurskii, Quantum Statistical Theory of Disordered Systems (Kiev: Naukova Dumka: 1991) (in Russian).
  20. B. L. Gyorffy and G. M. Stocks, Phys. Rev. Lett., 50, No. 5: 374 (1983). Crossref
  21. J. B. Staunton and B.L. Gyorffy, Phys. Rev. Lett., 69, No. 2: 371 (1992). Crossref
  22. J. B. Staunton, Rep. Progr. Phys., 57, No. 12: 1289 (1994). Crossref
  23. J. B. Staunton, D. D. Johnson, and F. J. Pinski, Phys. Rev. B, 50, No. 3: 1450 (1994). Crossref
  24. D. D. Johnson, J. B. Staunton, and F. J. Pinski, Phys. Rev. B, 50, No. 3: 1473 (1994). Crossref
  25. F. J. Pinski, J. B. Staunton, and D. D. Johnson, Phys. Rev. B, 57, No. 24: 15177 (1998). Crossref
  26. J. B. Staunton, S. S. A. Razee, M. F. Ling, D. D. Johnson, and F. J. Pinski, J. Phys. D: Appl. Phys., 31, No. 19: 2355 (1998). Crossref
  27. D. A. Rowlands, J. B. Staunton, B. L. Gyorffy, E. Bruno, and B. Ginatempo, Phys. Rev. B, 72, No. 4: 045101 (2005). Crossref
  28. D. A. Rowlands, A. Ernst, B. L. Gyorffy, and J. B. Staunton, Phys. Rev. B, 73, No. 16: 165122 (2006). Crossref
  29. V. Gerold and J. Kern, Acta Metall., 35, No. 2: 393 (1987). Crossref
  30. F. Livet, Acta Metall., 35, No. 12: 2915 (1987). Crossref
  31. V. G. Vaks, N. E. Zein, and V. V. Kamyshenko, J. Phys. F: Metal Phys., 18, No. 8: 1641 (1988). Crossref
  32. V. G. Vaks, N. E. Zein, and V. V. Kamyshenko, J. Phys.: Condens. Matter, 1, No. 11: 2115 (1989). Crossref
  33. V. G. Vaks and V. V. Kamyshenko, J. Phys.: Condens. Matter, 3, No. 10: 1351 (1991). Crossref
  34. V. I. Tokar, Phys. Letters A, 110, No. 9: 453 (1985). Crossref
  35. T. A. Grishchenko, I. V. Masanskii, and V. I. Tokar, J. Phys.: Condens. Matter, 2, No. 21: 4769 (1990). Crossref
  36. V. I. Tokar, I. V. Masanskii, and T. A. Grishchenko, J. Phys.: Condens. Matter, 2, No. 50: 10199 (1990). Crossref
  37. I. V. Masanskii, V. I. Tokar, and T. A. Grishchenko, Phys. Rev. B, 44, No. 9: 4647 (1991). Crossref
  38. I. Tsatskis, Phil. Mag. Lett., 78, No. 5: 403 (1998). Crossref
  39. I. Tsatskis, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 9: L145 (1998). Crossref
  40. I. Tsatskis and E. K. H. Salje, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 17: 3791 (1998). Crossref
  41. I. Tsatskis, Phys. Letters A, 241, Nos. 1–2: 110 (1998). Crossref
  42. R. V. Chepulskii, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 7: 1505 (1998). Crossref
  43. R. V. Chepulskii and V. N. Bugaev, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 33: 7309 (1998). Crossref
  44. R. V. Chepulskii and V. N. Bugaev, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 33: 7327 (1998). Crossref
  45. R. V. Chepulskii and V. N. Bugaev, J. Phys.: Condens. Matter, 10, No. 39: 8771 (1998). Crossref
  46. R. V. Chepulskii and V. N. Bugaev, J. Phys. Chem. Solids, 59, No. 9: 1469 (1998). Crossref
  47. R. V. Chepulskii, J. Phys. Chem. Solids, 59, No. 9: 1473 (1998). Crossref
  48. R. V. Chepulskii and V. N. Bugaev, Solid State Commun., 105, No. 10: 615 (1998). Crossref
  49. R. V. Chepulskii, J. Phys.: Condens. Matter, 11, No. 44: 8645 (1999). Crossref
  50. R. V. Chepulskii, J. Phys.: Condens. Matter, 11, No. 44: 8661 (1999). Crossref
  51. R. V. Chepulskii, Phys. Rev. B, 61, No. 13: 8606 (2000). Crossref
  52. R. V. Chepulskii, J. Phys.: Condens. Matter, 14, No. 8: L193 (2002). Crossref
  53. R. V. Chepulskii, J. B. Staunton, E. Bruno et al., Phys. Rev. B, 65, No. 6: 064201 (2002). Crossref
  54. R. V. Chepulskii, Phys. Rev. B, 69, No. 13: 134431 (2004). Crossref
  55. R. V. Chepulskii, Phys. Rev. B, 69, No. 13: 134432 (2004). Crossref
  56. V. A. Tatarenko, T. M. Radchenko, and V. M. Nadutov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 25, No. 10: 1303 (2003) (in Ukrainian).
  57. V. A. Tatarenko and T. M. Radchenko, Intermetallics, 11, Nos. 11–12: 1319 (2003). Crossref
  58. V. A. Tatarenko, S. M. Bokoch, V. M. Nadutov, T. M. Radchenko, and Y. B. Park, Defect and Diffusion Forum, 280–281: 29 (2008).
  59. S. M. Bokoch and V. A. Tatarenko, Solid State Phenomena, 138: 303 (2008). Crossref
  60. S. M. Bokoch and V. A. Tatarenko, Uspehi Fiziki Metallov, 11, No. 4: 413 (2010). Crossref
  61. I. V. Vernyhora, V. A. Tatarenko, and S. M. Bokoch, ISRN Thermodynamics, 2012: ID 917836-1–11 (2012); doi:10.5402/2012/917836. Crossref
  62. J. S. Smart, Effective Field in Theories of Magnetism (Philadelphia: W. B. Saunders Company: 1966).
  63. D. Jiles, Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (London: Charman & Hall: 1991). Crossref
  64. A. Aharoni, Introduction to the Theory of Ferromagnetism (New York: Oxford University Press: 2000).
  65. S. V. Semenovskaya, phys. stat. sol. (b), 64, No. 1: 291 (1974).
  66. S. M. Bokoch, M. P. Kulish, and T. D. Shatnii, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 26, No. 5: 627 (2004) (in Russian).
  67. S. M. Bokoch, M. P. Kulish, V. A. Tatarenko, and T. M. Radchenko, Proc. of the 1st International Conf. on Diffusion in Solids and Liquids–DSL-2005 (July 6–8, 2005, Aveiro), vol. 1, p. 57.
  68. S. M. Bokoch, N. P. Kulish, and V. A. Tatarenko, Fundamental’nyye Problemy Sovremennogo Materialovedeniya, 4: 78 (2007) (in Russian).
  69. S. H. Rahman, Acta Crystallogr. A, 49, No. 1: 56 (1993). Crossref
  70. S. H. Rahman, Acta Crystallogr. A, 49, No. 1: 68 (1993). Crossref
  71. S. H. Rahman and M. Rodewald, Acta Crystallogr. A, 51, No. 2: 153 (1995). Crossref
  72. K. Osaka and T. Takama, Acta Mater., 50, No. 6: 1289 (2002). Crossref
  73. S. Hata, S. Matsumura, N. Kuwano, and K. Oki, J. Surf. Analysis, 3: 401 (1997).
  74. S. Hata, H. Fujita, C. G. Schlesier, S. Matsumura, N. Kuwano, and K. Oki, Mater. Trans. JIM, 39, No. 1: 133 (1998). Crossref
  75. S. Hata, S. Matsumura, N. Kuwano, and K. Oki, Acta Mater., 46, No. 3: 881 (1998). Crossref
  76. S. Hata, S. Matsumura, N. Kuwano, K. Oki, and D. Shindo, Acta Mater., 46, No. 14: 4955 (1998). Crossref
  77. S. Hata, T. Mitate, N. Kuwano, S. Matsumura, D. Shindo, and K. Oki, Mater. Sci. Eng. A, 312, No. 1–2: 160 (2001). Crossref
  78. U. D. Kulkarni, Acta Mater., 52, No. 9: 2721 (2004). Crossref
  79. S. Lefebvre, F. Bley, M. Fayard, and M. Roth, Acta Metall., 29, No. 5: 749 (1981). Crossref
  80. P. Cenedese, F. Bley and S. Lefebvre, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 21, 351 (1984). Crossref
  81. X. Jiang, G. E. Ice, C. J. Sparks, L. Robertson, and P. Zschack, Phys. Rev. B, 54, No. 5: 3211 (1996). Crossref
  82. G. E. Ice, C. J. Sparks, A. Habenschuss, and L. B. Shaffer, Phys. Rev. Lett., 68, No. 6: 863 (1992). Crossref
  83. J. L. Robertson, G. E. Ice, C. J. Sparks, X. Jiang, P. Zschack, F. Bley, S. Lefebvre, and M. Bessiere, Phys. Rev. Lett., 82, No. 14: 2911 (1999). Crossref
  84. F. Bley, Z. Amilius, and S. Lefebvre, Acta Metall., 36, No. 7: 1643 (1988). Crossref
  85. S. Lefebvre, F. Bley, M. Bessiere, M. Fayard et al., Acta Crystallogr. A, 36, No. 1: 1 (1980). Crossref
  86. G. L. Squires, Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering (Cambridge: Cambridge University Press: 1978).
  87. S. W. Lovesey, Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter (New York: Oxford University Press: 1984), vols. 1, 2.
  88. Neutron Scattering from Magnetic Materials (Ed. T. Chatterji) (Amsterdam: Elsevier: 2006).
Цитируется (1)
  1. P. V. Petrenko, N. P. Kulish, N. A. Mel’nikova and Yu. E. Grabovskii, Phys. Metals Metallogr. 117, 927 (2016).

© 2013–2018 «ИМФ НАН Украины»