Випуски УФМ »  Том 13, випуск 3

Статистична термодинаміка близького атомового порядку заміщення та кінематика дифузного розсіяння випромінення у (пара)магнетних стопах ГЦК-Ni–Fe

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

$^1$Institute for Advanced Materials Science and Innovative Technologies, 15 Sauletekio Ave., 10224 Vilnius, Lithuania
$^2$ТОВ «НІК», вул. Лесі Українки, 34, 01133 Київ, Україна
$^3$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^4$Інститут прикладної фізики НАН України, вул. Петропавлівська, 58, 40000 Суми, Київ

Отримана: 07.03.2012; остаточний варіант - 19.09.2012. Завантажити: PDF

На прикладі стопу ГЦК-Ni—Fe застосовано статистично-термодинамічний підхід до чисельної аналізи впливу термічних і концентраційно-магнетних флюктуацій на інтенсивність кінематичного дифузного розсіяння випромінення (Рентґенових променів або теплових невтронів) у атомарно невпорядкованих (з близьким порядком (БП)) магнетних стопах. У рамках (а) наближень самоузгодженого (СУП) та середнього самоузгодженого (ССУП) полів і (б) найпростішої «інтерполяційної» апроксимації одержано вираз для розподілу інтенсивности дифузного розсіяння по квазихвильових векторах (в тому числі й для Бреґґової «фундаментальної» точки) залежно від повних енергій «змішання» атомів ГЦК-стопу у температурно-концентраційних ($T-c$) областях його макроскопічно феромагнетного та парамагнетного станів. З використанням статистичної методи Монте-Карло та приступних експериментальних даних про параметри БП Уоррена—Кавлі змодельовано 2D-картини розподілу інтенсивности дифузного розсіяння у площинах типу (001)$^{*}$ оберненого простору та відповідне розміщення (локальні конфіґурації) атомів Fe й Ni по вузлах. Врахування магнетних («обмінних») взаємодій атомів у статистичній термодинаміці стопів з атомним БП прояснює значні $T-c$-відхили інтенсивности дифузного розсіяння від значень, що відповідають клясичному виразу для неї за формулою Кривоглаза—Клеппа— Мосса (ККМ) зі сталими параметрами міжатомових взаємодій. З’ясовано принципові можливості й обґрунтованість використання узагальненої форми та основних припущень формули ККМ для аналізи інтенсивности дифузного розсіяння у магнетних стопах. Одним з результатів даної роботи є встановлення можливости простого та достатньо точного оцінювання повних енергій «змішання» із врахуванням магнетних і немагнетних внесків за експериментальними БП-інтенсивностями для магнетних стопів, визначеними із застосуванням лише Рентґенових дифракційних методик для синхротронної міряльної апаратури замість традиційних методик невтронного розсіяння, яких зазвичай використовують для діягностики магнетовпорядкованих матеріялів. Представлені аналітичні та розрахункові результати стосовно дифузного розсіяння у (пара)магнетних стопах ГЦК-Ni—Fe узгоджуються з надійними даними мірянь дифракції Рентґенових променів і теплових невтронів, яких було накопичено впродовж багатьох років.

Ключові слова: стопи ГЦК-Ni—Fe, міжатомові взаємодії, взаємодії магнетних домішок, близьке атомове впорядкування, дифузне розсіяння, статистична термодинаміка, моделювання методою 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

Цитована література (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).
Цитується (1)
  1. P. V. Petrenko, N. P. Kulish, N. A. Mel’nikova and Yu. E. Grabovskii, Phys. Metals Metallogr. 117, 927 (2016).

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»