Резка промышленных проемов: www.rezkabetona.su 
Навигация
Популярное
Публикации «Сигма-Тест»  Метод вакуумного напыления 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

что они возникают из-за наличия сильной химической связи, подобной той, которая имеет место в интерметаллиде. Конечно, поскольку в аморфном сплаве дальний порядок отсутствует, исчезает тонкая структура 3d-30Hbi, присущая кристаллической меди или кристаллическому интерметаллиду Сиз2г2. Однако можно сказать, что электронные состояния и структура ближнего порядка в аморфном сплаве близки к таковым в интерметаллиде. Этот вывод хорошо согласуется с результатами недавнего исследования структуры химического ближнего порядка в аморфных сплавах в системах Ni -Ti и Си - Ti ([20]:.


10 9e7SJitJ2tO Онере</я сЗя31/, s3

Рис 6.15. УФС-спектры (Ь=40,8 эВ) аморфных-сплавов Си-Zr (о) и Ро-Zr (б); показаны также УФС-спектры поликристаллов Си,

Zr и Pd [196]

Метод МРС, в отличие от методов РФС и УФС, описывающих интегральную ПС, дает возможность определить раздельно ППС различных компонентов, формирующих аморфную структуру. На-рис. 6.17 приведены Z.3 2,i5 МРС-спектры чистых металлических


S S i J г / Ер=о Знееия сЗязи,зв

Рис. 6.16. УФС-спектры (Av = =40,8 эВ) поликристаллов Си (/), кристаллов химического соединения CusZrj (2) и амор. фиого сплава CueoZrw (5) [19а]

ггзо

Энг/>ес/я связи, э в

Рис. 6.17.MPC-cneKTpuZrLp2,i5 (а) и PdZ,p2 15 (б) аморфного сплава PdsoZryo [19а],

палладия И циркония, а также аморфного сплава PdsoZryo. Спектр 13 2,15-излучения циркония в аморфном сплаве PdsoZryo, в отличие от спектра металлического циркония, имеет плечо в области низких энергий. Это показывает, что в аморфном сплаве 4-зона циркония расщепляется, что согласуется с результатами расчета [19, а], по которому в кристаллах интерметаллида PdZrs должно быть расщепление. В МРС-спектре кристаллов твердого раствора такоеплечо не наблюдается. Спектр Z-p 2, is-излучения палладия в аморфном сплаве PdaoZryo сдвигается в сторону низких энергий по сравнению с чистым металлическим палладием. То же самое наблюдалось и в УФС-спектре.

Полагают, что этот сдвиг в d-зоне тесно связан со способностью сплавов к аморфизации, температурой и теплотой стеклования и некоторыми другими параметрами. Однако полной ясности здесь пока нет.

6.3. ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И ВОЛНОВЫЕ ФУНКЦИИ

6.3.1. Комптоновское рассеяние

Описанные в разделе 6.2 электронные спектры и МРС-спектры позволяют определить электронные состояния путем измерений уровней энергий электронов. В последнее время в качестве эффективного средства определения волновой функции электронов и электронных состояний в аморфных сплавах, характеризующихся наличием неупорядоченных атомных конфигураций, широко используются эксперименты по комптоновскому рассеянию и аннигиляции позитронов. Комптоновское рассеяние представляет собой неупругое рассеяние рентгеновского или -излучения на электронах, происходящее в непрерывном энергетическом спектре электронов. В импульсном приближении комптоновский профиль /((?) непосредственно связан с волновой функцией электронов в пространстве импульсов:

(6.2)

- СО -со

Здесь q является компонентой вектора рассеяния импульса элект-ронов р= (рх, Ру> Pz) , находящихся в основном состоянии.

функция х(Р) получается Фурье-преобразованием волновой функции i)(0> определенной в реальном пространстве:

Х(р) = (2л) J г1)(г)ехр(-г рг )dA.

(6.3)

Таким образом, комптоновское рассеяние позволяет непосредственно определить состояния химической связи и электронные состояния путем измерений волновой функции в импульсном пространстве. Поскольку волновая функция свободных электронов, описывае-



мых плоской волной, в реальном пространстве соответствует х{р) =

=b(k - p), J(q) дает сечение поверхности Ферми и представляет собой кривую второго порядка.

Эксперименты по комптоновскому рассеянию имеют давнюю историю, юосходящую к двадцатым годам нашего века. Однако полное теоретическое понимание этого явления достигнуто примерно десять лет назад, что связано с существенным прогрессом в области экспериментальной техники, т. е. разработкой новых источников излучения, датчиков, измерительных схем, позволяющих осуществлять компьютерную обработку результатов. Представляет весьма важный практический интерес то обстоятельство, что, поскольку в отличие от эффекта де Гааза -ван Алфена, комптоновское рассеяние не Имеет принципиальных ограничений относительно средней длины свободного пробега электронов, его можно эффективно использовать не только применительно к металлическим твердым телам, но и в случае аморфных диэлектриков или жидкостей [21]. Эксперименты по комптоновскому рассеянию в аморфных твердых телах проведены на сплавах Fe - В [22, 23], Со - Р,[23, 24], Ni - В [25], Ni - Р [23, 24]. В этих экспериментах в качестве источника Т-излучения с энергией 59,54 кэВ использовался радиоактивный изотоп 241Ап1. Энергия, рассеиваемая образцом, непосредственно реги-


0 1 г J i о 1 г 3 i 0 12-3 ,ае.

Рис. 6.18. Комптоновские профили аморфных сплавов Fe823i8 (а),

C082P18 (б) и Ni8iPi9 (в); а.е. -атомные единицы, 1 а.е, = 0,529 А:

1 - экспериментальные данные; 2 - профили электронов внутренних

оболочек [23]

стрировалась полупроводниковым германиевым датчиком. За недостатком места мы не будем здесь останавливаться на деталях конструкции экспериментальных установок, способов измерений, обработки данных и т. д. Подробное описание этого можно найти в работах {26, 27].

На рис. 6.18 пунктирными линиями показаны результаты измерений комптоновских профилей J (q) в аморфных сплавах FeszBis(MQ), Co&2p\&{ED) и NisiPigfMQ, ED). MQ означает, что

данный аморфный сплав получен закалкой из жидкого состояния, ED - что сплав получен электролитическим осаждением. Видно, что особой разницы между J {q) различных сплавов нет. Сплошными линиями на рис. 6.18 показаны комптоновские профили электронов внутренних уровней, рассчитанные Клементи [28]с использованием волновой. функции свободных электронов. Результаты расчетов и экспериментов хорошо совпадают друг с другом в области больших импульсов q, превышающих фермиевский импульс qF, т. е. когда вклад от электронов внутренних уровней становится доминирующим. Комптоновский профиль внутренних электронов -л (?) в аморфном сплаве McNcf рассчитывался следующим образом:

4-/(<7)=Сл,т(9) + С,/(<7), (6.4)

где См и Сц - концентрации компонентов М и в аморфном сплаве; /лг {q) и 1ы (q) - комптоновские профили электронов внутренних уровней соответственно компонентов М и N, рассчитанные с применением волновой функции Клементи для свободных электронов.

Полученные таким образом значения числа электронов на внутренних оболочках для трех аморфных сплавов Fe82Bi8, c082p18, NisiPig и чистых кристаллических Зй-металлов (Fe, Со, Ni) приведены ниже:

Fe (о.ц.к.) Fe B FeB (о.ц.т.) Со (г.п.) Со.Р Ni(r.u.K.) Ni P

6,8 6,6 7,0 7,0 7,5 8,0 8,4

Предполагалось, что электронные конфигурации на внутренних оболочках описываются как Is (2) и ls(2)2s{2)2p(Q), Из этих данных видно, что в аморфном сплаве ГевгВis число электронов на оболочках, внутренних по отношению к Зй-оболочке, меньше, чем в чистом железе, а в сплаве c082p18 и NisiPig, наоборот, выше, чем в чистых кобальте и никеле. Для объяснения зависимости от химического состава магнитного момента аморфных сплавов переходных металлов подгруппы железа с металлоидами было выдвинуто предположение, что часть валентных электронов металлоида заполняет вакантные состояния в З-зоне атомов переходного металла [29]. Эта модель перераспределения электрических зарядов [29]! не может объяснить результаты измерений комптоновских профилей внутренних электронов в аморфном сплаве Fe82Bi8. Хонда с сотр. [24]:, основываясь на выражении

Д J iq) =Jm-n iq) - { Смм(Я) + Cj, (q) ],

(6.5)

сделали попытку изменить модель перераспределения электрических зарядов для объяснения комптоновских профилей. Здесь 1JM-N{q), Jiaiq) и JN(q) - экспериментально измеренные комптоновские профили соответственно аморфного сплава Мс ЛСдг . чистых металлических кристаллов М и чистых кристаллов N. Величины AJ{q) для аморфных сплавов FcssBis и Fe82Bi8 и кристаллического соединения ГсгВ приведены на рис. 6.19. В аморфном сплаве Fe82Bi8 в области малых q (вблизи = 0) функция AJ (q)




q,a.e.

полажительна, а в FeaB, напротив AJ{q) отрицательна. Однако, если говорить об аморфных сплавах C082P18 и NigiPig, то, как видно из рис. 6.20, вблизи (7 = 0 функция AJ{q) отрицательна, но с ростом q она становится положительной, проходит через максимум, а затем осциллирует около ,/((7) =0, постепенно затухая.

На рис. 6.20 представлены величины Ы{q), соответствующие четырем различным моделям перераспределения электрических зарядов между атомами никеля и фосфора. Электронные конфигурации, получаемые по разным моделям, представлены в табл. 6.1;

СЛ2 и САЪ - это модели, согласно которым часть валентных электронов атомов фосфора заполняет вакантные состояния Зй-зоны атомов никеля, СА\ соответствует отсутствию какого-либо перераспределения электрических зарядов между атомами никеля и фосфора. Как ясно из рис. 6.20, модель С А 2 наиболее хорощо согласуется с экспериментом. В этой модели часть 3s- и Зр-электронов атомов фосфора заполняет вакантные состояния Зс?-зоны. Одновременно оставщиеся 3s- и Зр-электроны атомов фосфора и 4s-электроны атомов никеля дают свой вклад в электропроводность, как свободные электроны. Однако эта модель не может объяснить изменения А/((7) в области значений импульсов вблизи =1,0. Это, вероятно, связано с тем, что модель рассчитывается на основе упрощенного приближения свободных электронов и соответственно волновых функций для свободных атомов Клементи.

Таблица 6.1. Модели движения электрических зарядов в аморфиык сплавах

Ni - Р [24]


Рис. 6.19. Относительные компто-иовские профили AI{q) аморфных сплавов FessBis (а), FeszBig (б) и кристаллов FeB (в) [22]

Электронные конфигурации

Модель

внутренние электроны

электроны проводимости

СА 1 СА 2 СА 3 AN 1

m-.KL + 3s2 3,0 sd

P:KL + 3s2

т-ж + 3s2 3p 3/*

P-.KL Ni-.ICL + 3s2 3p 3d9

P:KL Nir/CL-b 3s2 Зрв 3d P:/CL-f 3s2 3p*

2,19 FE 2,24 FE 1,76 FE 1,43 FE

Естественно, что волновая функция Зс-электронов никеля в аморфном сплаве NisiPig, в частности в окрестности энергии Ферми, довольно существенно отличается от волновой функции изолированного атома никеля. Тем не менее, основываясь на данных экспериментов по комптоновскому рассеянию и на результатах магнитных измерений в аморфном сплаве NigiPig, можно предпо-

о

+ о

J 1-1-

If g,ae. 0


Рис 6 20 Относительные комптоновские профили аморфного сплава

Ni8,P,9 [24]:

а -экспериментальные данные; б -расчетные; / - аморфный сплав Ni p(£D); 2 -кристаллический сплав N1-P(£i>); 5 -аморфный сплав Ni-P(AfQ); 4 - кристаллический сплав Ni-P(AIQ); 5 -CAl; б -СА2; 7 -САЗ; S -AN1

ложить, что перемещение электрических зарядов P->-Ni все же имеет место i[29]. Сложнее обстоит дело в случае аморфных сплавов FessBis и Fe82Bi8, где А/((7) вблизи =0 становится положительной. Вероятно, в этом случае возникает особая химическая связь между атомами железа и бора. Эта точка зрения не противоречит результатам Мацуура с сотр. i[14] по определению РФС-спектров (см. 6.2.2).

6.3.2. Аииигипяция позитроию

При облучении металлов позитронами происходит их аннигиляция с электронами. Единичный акт такой аннигиляции сопровождается симметричным испусканием двух фотонов. Распределение импульсов р+(ч) эмитируемых фотонов дается законом

P+U) = l J (6.6)

где ф+() - волновая функция позитронов, находящихся в тепловом равновесии с металлом; гр (г) - волновая функция электронов в металле.

Если определить гз+(Т), то можно получить информацию о гз(г) путем измерения р+((7)- Для изотропных веществ, таких как жидкости или аморфные металлы, достаточно только полного измерения в направлении z при усреднении р+((7) в плоскости х-у:



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54



© 2010 www.sigma-test.ru Санкт-Петербург: +7 (812) 265-34-48, +7 (812) 567-94-10
Разработка и поддержка сайта: +7(495)795-01-39 после гудка 148651, sigma-test.ru(my_love_dog)r01-service.ru
Копирование текстовой и графической информации разрешено при наличии ссылки.