Вышедшие номера
Влияние постоянного магнитного поля на преодоление дислокациями короткодействующих препятствий в монокристаллах LiF
Головин Ю.И.1, Моргунов Р.Б.1, Жуликов С.Е.1
1Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
Поступила в редакцию: 30 июля 1996 г.
Выставление онлайн: 17 февраля 1997 г.

В работах [1-3] установлено, что постоянное магнитное поле (МП) с индукцией B<1 T заметно влияет на пластические свойства ионных кристаллов. При обсуждении экспериментальных результатов в числе наиболее вероятных причин, способных привести к пластифицированию кристаллов в МП, обычно предполагается влияние МП на частоту синглетно-триплетных переходов в радикальных парах, образованных радикалами, принадлежащими точечному дефекту и дислокации [4,5]. Включение поля стимулирует переходы пар в менее глубокое триплетное состояние, так что средняя энергия связи дислокации со стопором уменьшается [4]. В рамках описанного механизма значительную роль в торможении дислокаций должны играть обменные силы, т. е. стопоры с малым дальнодействием. Однако, несколько известно авторам, до сих пор отсутствуют экспериментальные данные, позволяющие судить об эффективном радиусе взаимодействия дислокаций с теми препятствиями, преодоление которых облегчается в МП, а следовательно, и о роли обменного взаимодействия между дислокацией и стопором. Поэтому цель настоящей работы заключалась в сравнении степени дальнодействия следующих типов стопоров: облегченно преодолеваемых в МП и нечувствительных к его наличию. Как известно, о дальнодействии стопоров и их силовом профиле можно судить по величине активационного объема преодоления стопоров дислокациями gamma [5], который и измерялся в наших опытах в процессе ползучести кристаллов в МП (gammaf) и без него (gamma0). В экспериментах использовались номинально чистые монокристаллы LiF с исходной плотностью дислокаций ~ 5· 105-106 cm-2 и пределом текучести sigmay~ 2· 106 Pa. Образцы размером 4x 4x 10 mm подвергались сжатию вдоль [001] постоянным механическим напряжением sigma=const. В первой серии опытов при sigma > sigmay включение МП (вектор магнтной индукции которого был направлен перпендикулярно оси сжатия, а величина B=0.7 T) приводило к увеличению скорости установившейся ползучести varepsilon=dvarepsilon/dt. Оно наблюдалось в течение 3--5 s после включения поля и на диаграмме varepsilon(t) выглядело как "скачок" Deltavarepsilon (врезка на рис. 1). Величина Deltavarepsilon немонотонно зависела от sigma и была максимальна при sigma=7· 106 Pa (рис. 1). После восстановления varepsilon к прежнему значению (равному varepsilon до включения МП) производилось измерение gammaf. Для этого использовалась методика скачкообразного подгружения образца дополнительной механической нагрузкой Deltasigma<< sigma, позволяющая вычислять gamma, сравнивая varepsilon до и после подгружения [6]. Зависимость gammaf(sigma) (полученная усреднением по 15--20 измерениям при каждом sigma) отражала усредненный по ансамблю профиль дислокационных стопоров в МП [7] (рис. 2). Вторая серия опытов играла роль контрольной и отличалась от первой только тем, что во время измерения активационного объема gamma0 МП отсутствовало. Зависимость gamma0(sigma) в этой серии отражала усредненный профиль стопоров без МП. Сравнение зависимостей gammaf(sigma) и gamma0(sigma) позволило обнаружить отличие усредненных профилей препятствий в МП и без него (рис. 2). [!b] Зависимость величины скачка деформации Deltavarepsilon, вызванного в кристаллах LiF действием магнитного поля b=0.7 T, от величины механического напряжения, при котором осуществлялась ползучесть образцов. На врезке --- фрагмент типичной зависимости относительной деформации образца varepsilon от времени деформирования t монокристаллов LiF в режиме ползучести под нагрузкой sigma=5 MPa в момент включения МП. Поскольку спектр стопоров в исследуемых кристаллах весьма широк, измеряемая величина gamma является интегральной характеристикой преодоления дислокациями стопоров разного типа. Увеличение gamma в МП свидетельствует об облегченном преодолении дислокациями части стопоров. Если условно разделить все стопоры на два класса: 1) дальнодействующие (способные оказывать тормозящее влияние на дислокации с расстояний ~ 10-100 Angstrem и характеризующиеся средней частотой преодоления без МП nu1); 2) короткодействующие (с эффективным радиусом взаимодействия ~ 1 Angstrem и частотой преодоления без МП nu2), то можно определить, какая из величин (nu1 или nu2) увеличивается в МП. Согласно [7], о крутизне силового профиля препятствия K=Delta F/Delta L (Delta F --- изменение силы, действующей на дислокацию со стороны препятствия при изменении расстояния между ее ядром и центром тормозящего дефекта на Delta L) можно судить по значению K=Delta F/Delta L=21/2(Deltasigma/Deltagamma)d2b2 (d --- активационная длина, b --- величина вектора Бюргерса дислокации). Из рис. 2 следует, что при деформировании кристаллов в МП происходит одновременное увеличение gamma~ d и Deltasigma/Deltagamma. Следовательно, значение K возрастает в МП. С другой стороны, среднюю крутизну препятствий в предположении их независимого преодоления можно выразить через частоты преодоления каждого типа препятствий в виде K=Delta F/Delta L=(k1nu1+k2nu2)/(nu1+nu2), где k1 и k2 --- крутизна дальнодействующих и короткодействующих препятствий соответственно (k1<k2). Пластификация кристаллов (возрастание gamma) свидетельствует о том, что одна из этих частот возросла, а увеличение K приводит к выводу о возрастании nu2. Значит, в МП в среднем чаще [!tb] Зависимости активационного объема процесса преодоления стопоров дислокаций gamma от механического напряжения sigma, при котором осуществлялась ползучесть, для кристаллов, деформирование которых осуществлялось в МП B=0.7 T ( 1), и для контрольных образцов (B=0) ( 2). начинают преодолеваться именно короткодействующие стопоры. Этот вывод можно пояснить тем, что при измерении gamma определяются параметры только тех препятствий, которые реально преодолеваются дислокациями во время измерения. Таким образом, разупрочняющее действие МП заключается в облегчении преодоления дислокациями короткодействующих препятствий. Ими могут быть парамагнитные примесные центры в объеме кристалла, способные образовывать радикальные пары с аналогичными центрами на движущихся дислокациях. Работа выполнена при частично финансовой поддержке Госкомитета РФ по высшему образованию (проект 95-0-7.1-58).
  1. В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, Т.М. Перекалина, А.А. Урусовская. ФТТ 29, 2, 467 (1987)
  2. Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 61, 7, 583 (1995)
  3. Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 58, 3, 189 (1993)
  4. М.И. Молоцкий. ФТТ 33, 10, 3112 (1991)
  5. В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, Е.А. Петржик. ФТТ 33, 10, 3001 (1991)
  6. F. Apple. Phys. Stat. Sol. (a) 31, 7, 615 (1975)
  7. Ю.З. Эстрин, А.А. Урусовская, Г.Г. Кнаб. Кристаллография 17, 1, 532 (1972)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.