Фізичні властивості, стабільність фаз та параметри електронної структури в невпорядкованих металічних системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

УДК 669.01:(538.214+53.49.03)

Фізичні властивості, стабільність фаз та параметри електронної структури в невпорядкованих металічних системах

Спеціальність 01.04.13 - фізика металів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Захаренко Микола Іванович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Науковий консультант: член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Макара Володимир Арсенійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри фізики металів

Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України, доктор фізико-математичних наук, професор Погорілий Анатолій Миколайович, Інститут магнетизму НАНУ та МОН України, завідувач відділу фізики плівок

доктор фізико-математичних наук, професор Гіржон Василь Васильович, Запорізький національний університет, завідувач кафедри фізичного матеріалознавства

доктор фізико-математичних наук, ст. науковий співробітник Карбівський Володимир Леонідович, Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН України, провідний науковий співробітник відділу спектроскопії поверхні ф

Захист дисертації відбудеться «23» березня 2009 р. о 14³⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м.Київ-22, просп. акад.Глушкова,2, корпус 1, фізичний факультет, ауд.200.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м.Київ-33, вул.Володимирська, 58

Автореферат розісланий «____» лютого 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23

доктор фізико-математичних наук, професор Л.В. Поперенко

Захаренко М.І. Фізичні властивості, стабільність фаз та параметри електронної структури в невпорядкованих металічних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2008.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей впливу параметрів електронної структури та особливостей характеру електронних кореляцій на температурні і концентраційні інтервали стабільності фаз у металічних системах з композиційним та топологічним безладом (зокрема, аморфних сплавах і композитах з нанокристалічною компонентою) та з'ясуванню фізичних механізмів формування їх магнітних характеристик. При цьому вивчався вплив складу, структурного стану та умов одержання на магнітний стан атомів компонентів в антиферомагнітних сплавах на основі хрому, аморфних та нанокристалічних системах і композиційних матеріалах з 3d- елементами, а також роль обмінних кореляцій та параметрів електронної структури у визначенні концентраційних і температурних інтервалів стабільності фаз у таких системах. Досліджено магнітний стан атомів перехідних елементів, доведено існування в досліджених сплавах атомних кластерів двох типів - з паралельною та антипаралельною орієнтацією магнітних моментів і визначені їх основні характеристики.

Ключові слова: перехідний метал, металоїд, металічні сплави, антиферомагнетизм, феромагнетизм, парамагнетизм, магнітний момент, температура Кюрі, температура Нееля, густина електронних станів, стабільність фаз, магнітні кластери, магнітна сприйнятливість, атомна структура. магнітний електронний металічний фаза

Захаренко Н.И. Физические свойства, стабильность фаз и параметры электронной структуры в неупорядоченных металлических системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.13 - физика металлов. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2008.

Диссертация посвящена установлению закономерностей влияния параметров электронной структуры и особенностей характера электронных корреляций на температурные и концентрационные интервалы стабильности фаз в металлических системах с композиционной и топологической неупорядоченностью (в частности, в аморфных сплавах и композитах с нанокристаллической компонентой) и выяснению физических механизмов формирования их магнитных характеристик. При этом изучали влияние состава, структурного состояния и условий получения на магнитное состояние атомов компонентов в антиферромагнитных сплавах на основе хрома, аморфных и нанокристаллических системах и композиционных материалах с 3d- элементами, а также роль обменных корреляций и параметров электронной структуры в определении концентрационных и температурных интервалов стабильности фаз в таких системах.

Для твердых растворов Mn, Fe, Co, Ni, V, Nb, Ta и Al в хроме впервые построены низкотемпературные участки магнитных фазовых диаграмм, а именно - линии фазовых равновесий поперечная - продольная волна спиновой плотности для систем с Nb, Ta, Mn, Ni и соизмеримая - несоизмеримая волна спиновой плотности для систем с Mn, Fe, Co. Для прогнозирования концентрационных интервалов стабильности и типа магнитно упорядоченных фаз в сплавах хрома разработана модель, согласно которой основным параметром, определяющим существование антиферромагнитной фазы того или иного типа, является величина J₁/J₂, отображающая уровень и тип обменного взаимодействия примесного атома с соседями в первой и второй координационных сферах. Показано, что сплавам Cr-Fe та Cr-Co свойственно сосуществование антиферромагнетизма коллективизированных электронов и парамагнетизма локализованных моментов, впервые установлены физические закономерности формирования локализованных магнитных моментов и доказано, что в системах Cr-Fe и Cr-Co величина магнитных моментов обусловлена наличием конкурирующих обменных взаимодействий и образованием магнитных кластеров примесных атомов с положительным интегралом обмена. Методами магнитометрии, электронной микроскопии и рентгенографии впервые установлено, что существование гигантских магнитных моментов в сплавах хрома с Er и Yb обусловлено образованием в них наноразмерных кластеров примесных атомов с параллельной ориентацией атомных моментов, и осуществлена оценка изменения размеров кластеров в зависимости от содержания примеси РЗМ.

Основываясь на данных систематического исследования термомагнитного поведения и интервалов термической стабильности АМС систем Fe₇₅ПМ₅B₂₀, Fe₈₀ПМ₅B₁₅, Fe_85-xCо_xB₁₅ и Fe_85-xCr_xB₁₅ в зависимости от природы и содержания легирующего компонента, а также на результатах моделирования плотности электронных состояний (ПЭС) с учетом влияния топологического беспорядка, впервые показано, что важную роль в стабилизации аморфного состояния играет электронный фактор, а магнитное упорядочение вызывает уменьшение ПЭС на уровне Ферми, что является дополнительным стабилизирующим фактором.

С использованием модели молекулярного поля проанализирован характер обменных корреляций для серии модельных и промышленных АМС на основе Fe и Со и определены условия формирования в них магнитных кластеров. В АМС Co_80-xNi_xB₂₀ знаки всех обменных взаимодействий (Cо-Co, Co-Ni та Ni-Ni) отвечают ферромагнитным корреляциям а их энергии близки. Для АМС на основе Fe характерными, как правило, являются конкурирующие обменные взаимодействия, а энергии различных типов обмена могут отличаться в несколько раз. В ряде случаев значения параметров молекулярного поля Т_і существенно отличаются от температуры Кюри АМС. Этот факт, а также наличие конкурирующего обмела обуславливают возможность формирования неоднородной магнитной структуры - образования магнитных кластеров того или иного типа (в зависимости от знака соответствующего параметра Т_і), что оказывает влияние на концентрационную зависимость среднего магнитного момента. В случае Т_і>T_c эти кластеры сохраняются и в парамагнитной области, что особенно ярко проявляется в АМС типа Metglas (Fe-Sі-B), FINEMET и Nanoperm, причем размеры и концентрация кластеров зависят, с одной стороны, от природы легирующих примесей и состава металлоидной группы, а с другой - от условий закалки и чистоты исходных компонентов.

Впервые установлено, что состояние свежезакаленных (as-cast) АМС системы Со^-Sі-В, легированных хромом, является гетерогенным с точки зрения магнетизма: в них существуют антиферромагнитные кластеры с близким к нулю магнитным моментом, содержащие атомы Cr и Co. При этом примесные атомы Fe в магнитном плане ведут себя независимо выступая со своим индивидуальным магнитным моментом;

В результате комплексного экспериментального исследования АМС на основе никеля в зависимости от состава металлической и металлоидной групп, метода и режимов их получения и структурного состояния, а также проведенного моделирования показано, что вследствие эффекта замораживания спинового момента магнитные моменты на индивидуальных атомах никеля не наблюдаются, а магнетизм таких АМС имеет специфическую природу, обусловленную существованием обогащенных Ni магнитных кластеров. Методами магнитометрии, спектроэллипсометрии и математического моделирования ПЭС установлено, что для всех исследованных АМС на основе Ni (за исключением системы Ni-В) важную роль в определении интервалов термической устойчивости играет электронный критерий Нагеля-Таука;

Впервые показано, что металлические атомы в АМС на основе Ti и элементов группы железа не облядают локализованным магнитным моментом даже при достаточно высоком содержании магнитоактивного компонента (до 50 ат.%), доказано, что физическая природа этого эффекта состоит, главным образом, в замораживании спиновых моментов магнитоактивных атомов благодаря ослаблению обменных взаимодействий в системе d-электронов.

Ключевые слова: переходной металл, металлоид, металлические сплавы, антиферромагнетизм, ферромагнетизм, парамагнетизм, магнитный момент, температура Кюри, температура Нееля, плотность электронных состояний, стабильность фаз, магнитные кластеры, магнитная восприимчивость, атомная структура.

Zakharenko M.I. Physical properties, phases' stability and electronic structure parameters of the random metallic systems - Manuscript.

The thesis for Doctor's degree on physical and mathematical sciences, speciality 01.04.13 - Physics of metals. Kyiv Taras Shevchenko national university, Kyiv, 2008.

The thesis deals with the finding the regularities of the influence of electronic structure parameters and peculiarities of electronic correlations on the temperature and compositional ranges of phases' stability in metallic systems with chemical and topological disordering (in particular, in amorphous alloys and composite materials containing nanocrystalline constituent). The physical principles of the formation of magnetic characteristics have been considered for these systems. Here. the influence of composition, structural state and preparation conditions on magnetic state of the constituent atoms has been investigated for antiferromagnetic chromium-based alloys, amorphous, nanocrystalline systems and composite materials containing 3d-element. Besides, the role of the exchange correlations and electronic structure parameters (namely, density-of-electronic-state spectra) in the specification of the temperature and compositional ranges of phases' stability in the listed systems has been evaluated. Magnetic state of transition metal atoms has been determined and two types of atomic clusters (with parallel and antiparallel spin alignments) have been proved to exist in the alloys under study. The principal characteristics of these clusters have been ascertained..

Key words: transition metal, metalloid, metallic alloys, antiferromagnetism, ferromagnetism, paramagnetism, magnetic moment, Curie temperature, Neel temperature, density of electronic state, phases' stability, magnetic clusters, magnetic susceptibility, atomic structure.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Досягнення останніх років у галузі фізики конденсованого стану тісно пов'язані з розробкою нових матеріалів з високими експлуатаційними характеристиками. Серед них важливе місце посідають металічні системи з композиційною та топологічною невпорядкованістю, які є предметом інтенсивних досліджень. Це зумовлено як перспективністю практичного використання таких матеріалів, так і необхідністю з'ясування фізичної природи формування їх властивостей та потребою розробки надійних критеріїв прогнозування концентраційних і температурних інтервалів стабільності фаз у таких системах, а отже, і стабільності їх функціональних характеристик.

Незважаючи на беззаперечні успіхи у дослідженні металічних систем з композиційною та топологічною невпорядкованістю, ряд питань залишається нез'ясованим. Зокрема, існуючі модельні уявлення не можуть пояснити всю сукупність експериментальних даних щодо закономірностей формування та стійкості антиферомагнітних (АФМ) структур у низьколегованих сплавах хрому, які вказують на те, що електронна концентрація не є єдиним чинником, який визначає інтервали стабільності магнітно впорядкованих фаз. На нашу думку, невиправдано мало уваги у зв'язку з цим надавалося впливу обмінних кореляцій на характер АФМ упорядкування в низьколегованому хромі. Не розкритою до кінця є і проблема співіснування антиферомагнетизму колективізованих електронів і парамагнетизму локалізованих моментів, а також недостатньо повно досліджені фізичні закономірності формування локалізованих на домішкових атомах магнітних моментів і механізми, які, власне, і визначають величину останніх. Важливість цих задач визначається також і можливостями використання цих сплавів як функціональних матеріалів мікроелектроніки та для виготовлення захисних покриттів.

Актуальність обраного напрямку досліджень визначається ще й тим, що попри численні спроби з'ясувати фізичну природу чинників, що визначають схильність до аморфізації та термічну стабільність аморфних металічних сплавів (АМС), не вдалося сформулювати чітких і надійних критеріїв топологічної нестійкості атомної структури зазначеного класу систем, які б окреслювали шляхи пошуку нових сплавів та вибору оптимального вмісту легуючих елементів. Зокрема, широко визнано, що важливу роль у багатьох випадках відіграє електронний критерій стійкості, але питання про його універсальність та застосовність до систем, що мають за основу перехідні елементи, і на сьогодні залишається дискусійним. Отже, подальші дослідження зв`язку електронної структури та електронно-чутливих властивостей АМС з їх термостабільністю мають важливе значення як з точки зору розширення уявлень про природу конденсованого стану, так і у прикладному аспекті. Вони можуть надати додаткові аргументи щодо ступеня універсальності критерію Нагеля-Таука і дозволять вказати шляхи підвищення термостабільності аморфних металічних сплавів з цінними експлуатаційними характеристиками.

Рівень важливих для практичного використання характеристик АМС безпосередньо визначаються їх електронної структури та особливостей хімічного зв'язку, а тому розуміння їх фізичної природи значною мірою залежить від можливостей моделювання та експериментального дослідження параметрів електронної структури. Зокрема, фундаментальне значення має розв'язання питання як про формування локалізованих на атомах магнітних моментів, так і про особливості їх поведінки в металічних матрицях різного типу, оскільки це дозволяє встановити ієрархію електронних взаємодій в таких системах, а отже, прогнозувати рівень їх електронно-чутливих властивостей та оцінити внесок у формування функціональних характеристик ефектів локалізації електронів, магнітної поляризації та заморожування магнітних моментів. Встановлено, що суттєвим фактором для появи локалізованих на домішкових атомах моментів є співвідношення між двома взаємодіями: внутріатомною взаємодією, яка є суттєвою для d електронів і сприяє поляризації домішкових станів, і взаємодією домішкових електронних станів з електронами провідності. З іншого боку, аналіз характеру зміни феромагнітних характеристик АМС у залежності від складу та хімічної природи легуючих домішок дозволяє однозначно стверджувати, що ці зміни не вкладаються у рамки моделі перерозподілу зарядів. Незважаючи на труднощі аналізу результатів, зумовлені впливом РККІ взаємодії, було показано, що в АМС типу перехідний метал-металоїд (ПМ-М) домішки Сo, Fe та Mn несуть “хороші” в термінах Хартрі-Фока магнітні моменти, причому їх величина часто залежить від вмісту домішки. На відміну від них атоми Cr, V, Cu та Ni в АМС знаходяться, як правило у стані з нульовим магнітним моментом. В той же час АМС типу ПМ1-ПМ2 вивчені вкрай фрагментарно, а фізична природа формування локалізованих магнітних моментів у таких невпорядкованих системах обговорюється в літературі недостатньо.

Все це визначає актуальність та наукову значимість дослідження металічних систем з композиційною та топологічною невпорядкованістю і дозволяє сформулювати головну мету дисертаційної роботи. Основна її концепція полягає в тому що температурні та концентраційні інтервали стійкості фаз та фізичні властивості систем з композиційним та топологічним безладом визначаються характером обмінних кореляцій та особливостями електронної структури, на параметри якої можна впливати як шляхом зміни хімічного складу сплавів, так і підбором методів та режимів синтезу цих матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в науково-дослідній лабораторії «Фізика металів та кераміки» кафедри фізики металів фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках основних науково-дослідних робіт КНУ, зокрема: Комплексної наукової програми Київського університету «Нові матеріали та речовини» д/б тема № 80 «Розробка фізичних основ створення нових аморфних, мікрокристалічних, шаруватих матеріалів та покрить» (№ держреєстрації 0194U024191), д/б тема № 97013 «Закономірності формування атомної та електронної структури металічних сплавів» (№ держреєстрації 0197U003150), Комплексної наукової програми університету «Матеріали і речовини» (підпрограма «Матеріалознавство та технології неоднорідних систем») д/б тема № 01БФ051-10 «Фізико-хімічні основи одержання перспективних матеріалів та дослідження їх властивостей» (№ держреєстрації 0101U002768), д/б тема № 01БФ051-11 «Фізико-хімічні основи одержання перспективних металічних та напівпровідникових матеріалів та дослідження їх властивостей» (№ держреєстрації 0104U003728) та госпдоговірної теми № 97568 «Дослідження магнітної сприйнятливості аморфних металевих сплавів у широкому температурному інтервалі» (№ держреєстрації 0198U002160).

Мета та завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є встановлення зв'язку між параметрами електронної структури і величинами, що характеризують електронні кореляції з одного боку та температурними і концентраційними інтервалами стабільності фаз у металічних системах з композиційною та топологічною невпорядкованістю (у тому числі, в аморфних і нанокристалічних сплавах) з іншого боку і з'ясування фізичних механізмів формування їх магнітних властивостей.

Для досягнення поставленої мети необхідно було розв'язати такі завдання:

1. Провести систематичні термомагнітні дослідження низьколегованих сплавів хрому з Mn, Fe, Co, Ni, V, Nb, Ta та Al у широкому діапазоні температур (4,2-600 К), визначити температурні та концентраційні інтервали стабільності магнітно упорядкованих фаз у цих системах та встановити характер рівноваг між магнітно упорядкованими фазами різного типу. Проаналізувати зв'язок між характером магнітних фазових діаграм сплавів на основі хрому і хімічною природою легуючого елемента та встановити фізичні механізми і чинники, що визначають тип магнітного упорядкування та температурно-концентраційний інтервал стабільності магнітно упорядкованих фаз.

2. Узагальнити фактори і встановити механізми, які зумовлюють існування локалізованих на атомах магнітних моментів і з'ясувати роль магнітних кластерів у визначенні величини магнітних моментів у різних фазових областях.

3. Для широкого кола модельних (бінарних) та багатокомпонентних швидкозагартованих сплавів типу ПМ-М на основі Fe та Со, що являють собою системи з композиційною та топологічною невпорядкованістю, визначити фізичні закономірності впливу співвідношення вмісту основних компонентів та природи легуючих домішок на інтервали термічної стабільності аморфного стану та феромагнітного упорядкування. В рамках моделі молекулярного поля проаналізувати характер обмінних кореляцій у цих АМС, визначити характеристики домінуючих обмінних взаємодій і характер взаємодії (ФМ чи АФМ) магнітних моментів атомів перехідних елементів певних сортів та з'ясувати фізичні механізми і умови утворення магнітних кластерів.

5. Експериментально і теоретично проаналізувати роль атомів бору в АМС типу ПМ-М, встановити кореляції між параметрами електронної структури та характеристиками термостабільності АМС, їх фізичну природу і з'ясувати фактори, що визначають структурну стабільність цього класу АМС.

6. Провести експериментальне вивчення магнітних характеристик АМС на основі нікелю в залежності від складу металічної та металоїдної групи, методу та режимів їх одержання і структурного стану і визначити фізичну природу формування в цих сплавах локалізованих магнітних моментів.

7. Шляхом зіставлення експериментальних результатів та даних математичного моделювання встановити зв'язок між параметрами електронної структури та інтервалами термічної стабільності АМС на основі нікелю і з'ясувати можливість застосування до цих сплавів відомого електронного критерію, який визначає стабільність аморфного стану.

8. У АМС типу ПМ1-ПМ2 на основi Ti визначити магнітний стан атомів Fe, Co та Ni і встановити фізичні механізми, які його визначають, та з'ясувати межі застосовності електронного критерію для прогнозування термічної стабільності цих сплавів.

Об'єкт дослідження. Магнітні і резистивні властивості, стабільність фаз та параметри електронної структури в металічних системах з композиційною та топологічною невпорядкованістю.

Предмет дослідження. Фізичні закономірності впливу складу, структурного стану та умов одержання на магнітний стан атомів компонентів в антиферомагнітних сплавах на основі хрому, аморфних та нанокристалічних системах і композиційних матеріалах з 3d-перехідними елементами, а також роль обмінних кореляцій та параметрів електронної структури у визначенні концентраційних і температурних інтервалів стабільності фаз у таких системах.

Методи досліджень. Основним методом дослідження був метод магнітометрії за Фарадеєм, який дозволив вивчити температурні залежності магнітної сприйнятливості, визначити температурні та концентраційні інтервали стабільності фаз у металічних системах з композиційною і топологічною невпорядкованістю та дослідити кінетику кристалізації швидкозагартованих сплавів. Крім методу Фарадея були використані методи скануючої та просвічуючої електронної мікроскопії, рентгенівської дифрактометрії та мікродифракції електронів для вивчення структури, фазового складу та морфології зразків, чотиризондовий метод вимірювання електроопору, методи рентгенівської фотоелектронної спектроскопії та оптичної спектроеліпсометрії для експериментального дослідження параметрів електронної структури. Крім цього проведено моделювання параметрів електронної структури аморфних сплавів за методом, розробленим автором спільно з к.ф.-м.н. Плющай І.В та д.ф.-м.н. Макарою В.А. [17].

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

Ю на основі вперше проведених у широкому інтервалі температур (4,2-600 К) систематичних термомагнітних досліджень твердих розчинів Mn, Fe, Co, Ni, V, Nb, Ta, та Al в хромі визначені температурні і концентраційні інтервали стабільності магнітно впорядкованих фаз і уточнені магнітні фазові діаграми зазначених систем. Вперше побудовані низькотемпературні частини діаграм, а саме лінії фазових рівноваг поперечна - поздовжня хвиля спінової густини (ХСГ) для систем з Nb, Ta, Mn, Ni та несумірна ХСГ - сумірна ХСГ (НХСГ-СХСГ) для систем з Mn, Fe, Co;

Ю вперше для прогнозування концентраційних інтервалів стабільності та типу магнітно упорядкованих фаз у сплавах хрому запропонована модель, за якою основним параметром, що визначає існування АФМ фази того чи іншого типу, є величина J₁/J₂, яка відображає рівень і тип обмінної взаємодії атома з сусідами у першій та другій координаційних сферах;

Ю вперше встановлені фізичні закономірності формування локалізованих магнітних моментів у твердих розчинах на основі хрому і доведено, що в системах Cr-Fe та Cr-Co величина магнітних моментів зумовлена наявністю конкуруючих обмінних взаємодій і утворенням магнітних кластерів домішкових атомів з додатною обмінною взаємодією;

Ю вперше встановлено, що існування гігантських магнітних моментів у сплавах хрому з Er і Yb зумовлене утворенням в них нанорозмірних кластерів домішкових атомів з паралельною орієнтацією атомних моментів, концентрація яких складає ~10¹⁸ моль^-1, а також зроблена оцінка розмірів кластерів в залежності від вмісту домішки РЗМ;

Ю базуючись на даних систематичного дослідження термомагнітної поведінки та інтервалів термічної стабільності АМС на основі системи Fe-B в залежності від типу та вмісту легуючого компонента та на результатах моделювання густини електронних станів (ГЕС) з урахуванням впливу топологічного безладу, вперше показано, що магнітне упорядкування стабілізує аморфну структуру сплавів на основі Fe-В, а термостабільність цих АМС визначається головним чином електронним критерієм Нагеля-Таука;

Ю з використанням моделі молекулярного поля проаналізовано характер обмінних кореляцій для серії АМС на основі Fe та Со і визначені умови формування в них магнітних кластерів;

Ю на основі експериментальних даних про магнітний стан атомів перехідних елементів та інтервали термічної стабільності АМС системи Со-Sі-В, легованих Сr та Fe, вперше доведено, що стан свіжозагартованих (as-cast) АМС цієї системи, легованих хромом, є гетерогенним з точки зору магнетизму: в них існують антиферомагнітні кластери з близьким до нуля магнітним моментом, що містять атоми Cr і Co, при цьому домішкові атоми Fe не утворюють магнітних кластерів;

Ю у результаті комплексного експериментального дослідження АМС на основі нікелю в залежності від вмісту елементів, що входять до складу металічної та металоїдної груп, методу та режимів їх одержання і структурного стану АМС, а також проведеного моделювання доведено, що внаслідок ефекту заморожування спінового моменту магнітні моменти на індивідуальних атомах нікелю не спостерігаються, а магнетизм таких АМС зумовлений iснуванням збагачених Ni магнiтних кластерiв;

Ю методами магнітометрії, спектроеліпсометрії та математичного моделювання ГЕС встановлено, що для всіх досліджених АМС на основі Ni (за винятком системи Ni-В) важливу роль у визначенні інтервалів термічної стабільності відіграє електронний критерiй Нагеля-Таука;

Ю вперше показано, що металічні атоми в АМС на основi Ti та елементів групи заліза не несуть локалiзованого магнiтного моменту навіть при досить високому вмісті магнітоактивного компоненту (до 50 ат.%). Доведено, що фізична природа цього ефекту зумовлена, головним чином, заморожуванням спінових моментів магнітоактивних атомів завдяки послабленню обмінних взаємодій у системі d-електронів.

Практичне значення одержаних результатів визначається фундаментальним харак-тером досліджень і встановленими закономірностями, які відіграють значну роль у розвитку фізичних уявлень про особливості формування магнітних характеристик та критерії стабіль-ності фаз у системах з композиційною та топологічною невпорядкованістю. Запропоновані у роботі підходи до опису кореляцій між параметрами електронної структури, магнітними властивостями та термічною стабільністю таких систем мають ще й самостійне практичне значення, що дозволяє використати їх як для розробки нових функціональних матеріалів з аморфними та нанокристалічними компонентами (для оптимізації їх складу, структурно-фазового стану та режимів одержання), так і для розробки науково обґрунтованих критеріїв прогнозування рівня та температурно-часової стабільності експлуатаційних характеристик функціональних матеріалів, які використовуються в елементах та вузлах електронної і обчислювальної техніки, засобів зв'язку та енергетики, в сучасних каталізаторах, тощо.

Особистий внесок здобувача. У дисертації узагальнені результати досліджень, що були виконані автором одноосібно або разом з іншими співробітниками кафедри фізики металів і кафедри оптики фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка та співробітниками Інститутів НАН України. У монографії [1] розд.2 і 4 та п.3.3 написані автором одноосібно. В роботах [7-10,13,15-16, 18, 22-23, 25, 28, 31, 33-35, 40-41, 47-48, 51-52], виконаних разом з аспірантами та здобувачами, автор відігравав провідну роль на всіх етапах виконання досліджень. У роботах [2-4, 11, 19, 21, 26, 30, 37, 45-46, 53] автор безпосередньо брав участь у виборі проблем для наукових досліджень, постановці задач, виконанні експериментальних досліджень, обговоренні та узагальненні результатів, підготовці матеріалів до друку. Разом з іншими співавторами здобувач брав безпосередню участь у проведенні експериментів, обговоренні результатів і написанні робіт [2-4, 14, 20, 24, 32, 40, 43-44, 49]. У роботах [17, 27, 37] моделювання параметрів електронної структури аморфних сплавів здійснене разом з к.ф.-м.н. Плющай І.В. та д.ф.-м.н. Макарою В.А. Одержання та інтерпретація експериментальних результатів стосовно резистивних властивостей АМС здійснене здобувачем разом з к.ф.-м.н. Семеньком М.П. (роботи [29,31,41, 50]. У роботах [5, 6, 11] автор брав участь у проведені електронно-мікроскопічних досліджень та особисто виконав рентгенографічні дослідження сплавів та газотермічних покриттів на основі хрому. В роботах [36, 39, 42] автором проведений аналіз магнітних характеристик НКМ з нанокристалічним нікелем та запропонована модель для опису залежності температури Кюрі від розміру структурних елементів феромагнітної складової.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи та її окремі положення були оприлюднені у вигляді доповідей на наукових конференціях, симпозіумах і семінарах: IV Всесоюзному семінарі з аморфного магнетизму (Владивосток, 1986), Всесоюзній нараді «Взаимосвязь жидкого и твердого металлических состояний» (Свердловськ, 1987), Міжнародній конференції INTERMAG (Токіо, 1987; Альбукерк, 1994), ІІІ Всесоюзній конференції «Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов» (Москва, 1988), Міжнародному семінарі «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Ташкент, 1988; Москва, 1998, 2000, 2002, 2004, 2006), V Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львів, 1989), XII European Crystallographic Meeting (Москва, 1989), Симпозіумі з фізики аморфних магнетиків (Красноярськ, 1989), Всеросійській координаційній нараді з фізики магнітних матеріалів (Астрахань, 1989; Іркутськ, 1992), Міжнародній конференції «Rapidly Quenched Materials» (Стокгольм, 1990; Братислава,1996; Бангалор, 1999), Міжнародному симпозіумі . MASHTEC'90 (Дрезден, 1990), Всесоюзній конференції з будови та властивостей металічних і шлакових розплавів (Челябінськ, 1990; Єкатеринбург, 1994, 1998), Всесоюзній конференції з формування металевих конденсатів (Харків, 1990), Х Міжнародній конференції «Boron, Borides and related Compounds» (Альбукерк, 1990), Міжнародній конференції ЕММА (Дрезден, 1991; Кошіце, 1993; Відень, 1995; Київ, 2000), Second European East-West Symposium MatTech'91 (Еспо, 1991), Всесоюзній конференції «Новое в получении и применении фосфидов и фосфор-содержащих сплавов» (Алма-Ата, 1990), Всесоюзному семінарі «Строение и природа металлических и неметаллических стекол» (Іжевськ, 1992), VI н/т семінарі «Наукові і матеріалознавчі проблеми хімії фосфору і його неорганічних сполук» «Фосфор України-93» (Львів, 1993), MRS Fall Meeting (Бостон, 1993, 1995, 1997, 2001), І Українській конференції «Структура і фізичні властивості невпорядкованих систем» (Львів, 1993), Міжнародній конференції з магнетизму ІСМ (Варшава, 1994; Рим, 2003), Міжнародній конференції EUROMAT (Венеція, 1994; Ріміні, 2001; Прага, 2005), Міжнародній конференції «Soft Magnetic Materials» (Краків, 1994; Гренобль, 1997; Балатонфюред, 1999; Дюссельдорф, 2003; Братислава, 2005), ХІІ Республіканській школі-семінарі «Спектроскопія молекул та кристалів» (Київ, 1995), міжгалузевому науково-практичному семінарі з участю зарубіжних спеціалістів «Вакуумная металлизация» (Харків, 1996), E-MRS Spring Meeting (Страсбург, 1996, 1998), Міжнародній конференції ISMANAM (Барселона, 1997; Дрезден, 1999; Оксфорд, 2000), ІІ Міжнародній конференції «Конструкційні та функціональні матеріали» (КФМ'97) (Львів, 1997), Міжнародній конференції NANO'98 (Стокгольм, 1998), Міжнародній конференції «Special Problems in Physics of Liquids» (Одеса, 1999), 15^th European Conference on Thermophysical Properties (Вюрцбург, 1999), Московському міжнародному симпозіумі з магнетизму MISM (Москва, 1999; 2005), Міжнародній конференції з функціональних матеріалів ICFM (Партеніт, 1999, 2001, 2003, 2005), VII Всеросійській конференції з міжнародною участю «Аморфные прецизионные сплавы: технология - свойства - применение» (Москва, 2000), Міжнародній конференції «Materials and Coatings for Extreme Performances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Technologies For Their Production and Utilization» (Кацивелі, 2000, 2002, 2004, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції «Структурна релаксація у твердих тілах» (Вінниця, 2003, 2006). Результати дисертаційної роботи відображені у 40 тезах доповідей, включених у збірники тез зазначених конференцій, які додатково висвітлюють її основні положення і висновки.

Публікації. Основні результати та окремі положення дисертаційної роботи опубліковані в 1 монографії, 42 статтях у провідних вітчизняних та міжнародних наукових журналах, 7 статтях у збірниках наукових праць та 4 статтях у збірниках праць конференцій.

Обсяг та структура роботи. Робота складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку цитованої літератури та додатків. Загальний обсяг роботи 419 сторінок включно із 154 рисунками, 43 таблицями. Список цитованої літератури містить 455 посилань і займає 45 сторінок. Додатки займають 27 сторінок.

основний зміст роботи

У вступі наведена загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та задачі дослідження, відображені наукова новизна та практична значимість одержаних результатів, відмічений зв'язок роботи з науковими темами установи, де виконувалась робота. Викладена також інформація стосовно апробації одержаних результатів і відмічений особистий внесок здобувача.

У першому розділі (літературному огляді) розглянуті існуючі експериментальні дані та модельні уявлення стосовно стабільності фаз, особливостей електронної структури та електронно-чутливих властивостей металічних систем з композиційною та топологічною невпорядкованістю. Зокрема, проаналізовані закономірності фазових переходів між магнітними фазами різного типу (несумірна хвиля спінової густини (НХСГ) з поперечною (фаза AF₁) та поздовжньою поляризацією (фаза AF₂), сумірна хвиля спінової густини (СХСГ) (фаза AF₀) та парамагнітна фаза (фаза Р)) у таких системах з композиційною невпорядкованістю як низьколеговані АФМ сплави Cr. Детально розглянуті двозонна модель Ломера [1] та її модифікації, за допомогою яких робилися численні спроби прогнозування температур магнітних фазових переходів, і показана обмежена їх застосовність (зокрема, у випадку домішок більшості неперехідних та деяких ПМ). Це свідчить про те, що електронна концентрація не є єдиним чинником, який визначає інтервали стабільності АФМ фаз у низьколегованому Cr. Одним із цікавих наслідків електронно-діркової взаємодії є утворення квазіщілини в енергетичному спектрі ГЕС n(E), яка була зафіксована експериментально при оптичних дослідженнях хрому і його сплавів. Було показано, що ширина квазіщілини Е залежить від природи та вмісту легуючої домішки, встановлена чітка кореляція між значеннями Е та температури Нееля T_N та висловлена гіпотеза про її обмінну природу. Подібна модифікація електронного спектру спостерігалась також і для систем з переходом метал-напівпровідник, високотемпературних надпровідників і аморфних феромагнетиків (ФМ), що дало підстави деяким авторам говорити про певну фізичну аналогію між такими системами, зокрема, з точки зору використання формалізму Нагеля-Таука для прогнозування температурно-часової стабільності аморфних металічних сплавів. АМС являють собою класичний приклад систем, яким притаманна не лише композиційна, а і топологічна невпорядкованість, що і веде до формування унікального комплексу їх функціональних властивостей, багато з яких безпосередньо залежать від електронної структури та особливостей хімічного зв'язку. В літературному огляді наведений аналіз сучасних уявлень про атомну та електронну структуру АМС типу ПМ-М та ПМ1-ПМ2, викладені результати відповідних експериментальних досліджень і детально розглянуте питання про природу та механізми формування локалізованих на атомах магнітних моментів і особливості їх поведінки в металевих матрицях з композиційною та топологічною невпорядкованістю. На основі проведеного аналізу характеру зміни феромагнітних характеристик АМС в залежності від їх складу та хімічної природи легуючих домішок зроблено однозначний висновок про те, що ці зміни не узгоджуються з відомою моделлю перерозподілу електронів між компонентами. Ґрунтуючись на результатах аналізу літературних джерел, сформульовані мета дослідження та завдання, що вирішувались у роботі.

У другому розділі наведені результати систематичних досліджень термомагнітної поведінки та температурних і концентраційних інтервалів стабільності магнітних фаз в АФМ системах з композиційною невпорядкованістю. В інтервалі температур 4,2-600 К були досліджені температурні залежності магнітної сприйнятливості (МС) ч(Т) твердих розчинів на основі хрому в системах Cr-Mn, Cr-Fe, Cr-Co, Cr-Ni, Cr-V, Cr-Nb, Cr-Ta, Cr-Al та Cr-Co-Mn. Аналіз одержаних даних показав, що на кривих ч(Т) спостерігались, як правило, два типи особливостей (для ілюстрації на рис.1 наведені залежності ч(Т) для Cr-Co і Cr-V). Перша з них полягала у зміні нахилу кривої ч(Т) при температурі Нееля Т_N . Інша проявлялася як невелика скачкоподібна зміна ч і була обумовлена магнітними фазовими перетвореннями між фазами AF₁, AF₂ та AF₀. Беручи до уваги дані по дифракції нейтронів [1], можна зробити висновок, що остання особливість зумовлена спін-флоп перетворенням AF₁-AF₂ при температурі Т_sf (в сильно розбавлених сплавах Cr-V, Cr-Nb, Cr-Ta та Cr-Ni) або перетворенням AF₁-AF₀ при температурі Т_ІС, тобто в обох випадках перехід відбувається між двома АФМ фазами. Поблизу потрійних точок в системах Cr-Fe, Cr-Mn, Cr-Co та Cr-Al спостерігаються особливості як при Т_sf, так і при Т_ІС. Наведені магнітні фазові діаграми (МФД), які побудовані за даними МС з урахуванням наявних у літературі результатів. Можна бачити, що величина Т_sf досить швидко спадає при збільшені вмісту домішки, тоді як лінія фазової рівноваги AF₁-AF₀ на діаграмах систем Cr-Mn, Cr-Fe та Cr-Co являє собою майже вертикальну лінію в координатах “температура-склад”. Відмітимо, що лінії рівноваг поперечна - поздовжня ХСГ для систем з Nb, Ta, Mn, Ni та НХСГ-СХСГ (її низькотемпературна частина) для систем з Mn, Fe, Co побудовані вперше. Встановлено, що в системах з V, Nb, Ta та Ni існує лише фаза НХСГ, інтервал термічної стійкості якої швидко зменшується при додаванні домішок. МФД систем з Al, Mn, Fe та Co вказують на існування фази AF₀ і характеризуються наявністю потрійних точок, де в рівновазі перебувають дві АФМ (AF₁ та AF₀) та парамагнітна (Р) фази.

Встановлено, що особливості МФД системи Cr-Ni зумовлені фазовим розшаруванням сплавів при відпалі і утворенням збагачених та збіднених нікелем областей у порівнянні з середнім його вмістом у твердому розчині. Вони посилюють розсіювання електронів провідності, що веде до зростання опору у порівнянні з розупорядкованим станом і, отже, до відхилення від правила Лінде, що і спостерігалось експериментально. Таким чином, у АФМ стані ці сплави поводять себе як двофазні системи, що містять дві фази типу AF₀ з різними точками Нееля (T_N і T_N), а отже, МФД Cr-Ni містить псевдопотрійну точку з координатами х=0,15 ат.%, Т=292 К.

Доведено, що модель “нестінгу”, яка ґрунтується на врахуванні взаємодії між електронною та дірковою частинами поверхні Фермі хрому і проявляється у так званому екситонному двійкуванні, не в змозі пояснити всю сукупність експериментальних даних (зокрема, для сплавів Cr з неперехідними елементами, а також з перехідними елементами VIII групи). Ця обставина вказує на те, що фактор електронної концентрації не є єдиним, що визначає інтервали стабільності магнітно впорядкованих фаз у сплавах на основі хрому. З метою аналізу умов існування та прогнозування інтервалів стабільності магнітно упорядкованих фаз різного типу в сплавах на основі хрому була запропонована модель, яка базується на критерії мінімізації обмінної енергії системи. При цьому враховували обмінну взаємодію d-електронів атомів у двох найближчих координаційних сферах (КС), оскільки віддалі до сусідів у першій та другій КС відрізняються лише на 13%. Відповідний аналітичний вираз для Фур'є-компоненти інтегралу обмінної взаємодії J(q) має вигляд:

(1)

де q_x, q_y, q_z - відповідні проекції хвильового вектора ХСГ, a - період кристалічної гратки, J₁ і J₂ - середні значення інтегралів обмінної взаємодії з сусідами у першій та другій КС відповідно. Мінімізуючи (1), легко отримати два можливих значення хвильового вектора ХСГ у наближенні випадкових фаз [2]:

,

.

Тут , , - базисні одиничні вектори в оберненому просторі. Очевидно, що перше із наведених значень відповідає колінеарній АФМ фазі AF₀, а друге - несумірній ХСГ. Таким чином, основним параметром, що визначає існування АФМ фази того чи іншого типу є відношення інтегралів обмінної взаємодії атома з сусідами у першій та другій координаційних сферах J₂/J₁. При виконанні умови основному стану системи відповідає АФМ упорядкування по типу несумірної ХСГ і навпаки, якщо , то стійкою буде фаза AF₀. Зроблені висновки стосовно ролі таких фізичних факторів, як розмірний та електронний, що визначають характер магнітних фазових діаграм досліджених систем, підтверджуються наявними у літературі даними нейтронографічних досліджень та результатами вивчення впливу гідростатичного тиску на характеристики АФМ фаз та розміри температурно-концентраційних інтервалів їх стабільності.

Детально досліджено магнітний стан атомів компонентів у твердих розчинах на основі Cr. Аналіз проведений з урахуванням концепції Дж.Гудінафа про характер обмінних кореляцій в ОЦК кристалах у залежності від заповнення d-електронних станів. Показано, що сплавам Cr-Fe та Cr-Co притаманне співіснування антиферомагнетизму колективізованих електронів і парамагнетизму локалізованих моментів. В АФМ сплавах системи Cr_100-хFe_х в області концентрацій домішки x4 ат.% магнітний момент атома Fe _Fe практично не змінюється і за величиною відповідає одному неспареному електрону на атом. При подальшому зростанні вмісту заліза _Fe помітно зростає і при x>7 ат.% досягає значень, які перевищують магнітний момент атома в чистому парамагнітному Fe. Парамагнітна температура Кюрі виявилася невеликою, що свідчить про слабку обмінну взаємодію локалізованих моментів заліза, і змінює знак приблизно в тій же області концентрацій, де починається зростання _Fe. У фазі Р зростає з вмістом заліза переходячи від від'ємних до невеликих додатних значень при x = 6-7 ат.%, в той же час _Fe лишається практично сталим при малому вмісті Fe і починає зростати при x > 6 ат.%, досягаючи значення 4,3 _В при x = 10 ат.%. Подібні закономірності у зміні магнітних параметрів виявлені і для сплавів Cr_100-хCo_х. Зауважимо, що локалізований магнітний момент у АФМ фазі з'являється на атомах Со лише починаючи з x>7 ат.%. Одержані результати дозволяють зробити висновок про те, що зростання магнітного моменту при збільшенні вмісту домішки в цих сплавах слід пов'язувати з двома причинами: утворенням магнітних кластерів з домішкових атомів з додатною обмінною взаємодією і підмагнічуванням домішковими атомами сусідніх атомів матриці. Крім того, доведено наявність в системах Cr-Fe та Cr-Co конкуруючих (АФМ та ФМ) обмінних взаємодій.

Із одержаних даних випливає також, що як в АФМ, так і в парамагнітному стані твердих розчинів на основі хрому домішкові атоми нікелю та марганцю не несуть локалізованого магнітного моменту. В той же час в твердих розчинах Cr з V, Nb та Ta в області існування фази AF₁ фіксується невеликий магнітний момент, величина якого не перевищує 0,35 _B, що значно менше тих значень, які відповідають низькоспіновим станам домішкових атомів, і зменшується при зростанні атомного номера домішкових атомів та вмісту їх у сплаві. Одержані результати узгоджуються з концепцією спін-поляризованих домішкових станів Волкова і Тугушева [3], згідно з якою домішкові атоми створюють енергетичні рівні всередині щілини в електронному спектрі, яка формується внаслідок обмінного розщеплення енергетичних зон при АФМ упорядкуванні. Модель Волкова і Тугушева дозволяє передбачити зникнення локального моменту при переході сплавів у парамагнітний стан, що і спостерігалось нами експериментально.

Методами магнітометрії, електронної мікроскопії та рентгенографії вперше встановлено, що існування гігантських магнітних моментів в сплавах хрому з Er і Yb зумовлене утворенням в них нанорозмірних кластерів з домішкових атомів з паралельною орієнтацією атомних моментів, та зроблена оцінка розміру таких кластерів, який залежить від вмісту РЗМ і у дослідженій області концентрацій не перевищує 1 нм. При цьому концентрація кластерів РЗМ складає 0,0008% для Yb і 0,0007% для Er.

Детально досліджені температури магнітних фазових переходів та магнітний стан атомів в потрійних сплавах Cr-Co-Mn. Показано, що у фазовій області AF₀ домішкові атоми не несуть локалізованих магнітних моментів, що свідчить про сильну їх взаємодію з ХСГ хрому. Разом з тим у парамагнітній фазі фіксуються моменти, зумовлені внесками від ізольованих атомів Со і кластерів Со-Со та Со-Mn з паралельною орієнтацією магнітних моментів атомів, а, отже, в досліджуваних сплавах наявні конкуруючі обмінні взаємодії між атомами компонентів (в межах кластерів інтеграл обмінної взаємодії є додатним, разом з тим домінуючою обмінною взаємодією в матриці в цілому є антиферомагнітна). Таким чином, система Cr-Co-Mn, вірогідно, характеризуються високою дисперсією обмінних кореляцій. У зв'язку з цим при зростанні вмісту домішкових атомів, коли внесок феромагнітних обмінних кореляцій стає значно більш суттєвим, варто очікувати зростання розмірів магнітних кластерів та/або їх концентрації. Внаслідок цього магнітні кластери вже можуть безпосередньо взаємодіяти між собою. Це обумовлює специфіку у термомагнітній поведінці сплавів Cr-Co-Mn. Виявлена специфіка не пов'язана зі зміною структурного стану сплавів при нагріванні, а має магнітну природу. На основі детального аналізу одержаних автором експериментальних даних та наявних у літературі даних зроблений висновок про те, що природа зазначених ефектів полягає у блокуванні магнітних моментів кластерів при певних температурах і пов'язана, імовірно, з переходом системи в цілому у стан кластерного спінового скла.

Третій та наступні розділи присвячені дослідженню стійкості фаз, параметрів електронної структури та деяких властивостей металічних систем з композиційною та топологічною невпорядкованістю.

У третьому розділі викладені результати дослідження АМС на основі заліза. Методом Фарадея вперше проведені систематичні дослідження температурної залежності МС АМС систем Fe_100-хB_х, Fe₇₅ПМ₅B₂₀, Fe₈₀ПМ₅B₁₅, (Fe_1-xCо_x)₈₅B₁₅ та (Fe_1-xCr_x)₈₅B₁₅. Оскільки при кристалізації досліджених АМС на основі Fe виникають фази з високою температурою Кюрі, то магнітометричне дослідження цих аморфних сплавів є чутливим та потужним методом вивчення особливостей їх кристалізації. Проаналізовано вплив на процес кристалізації АМС системи Fe-B вмісту та природи легуючого компонента.

Особливості зміни МС при кристалізації свідчать, що кристалізація АМС Fe_100-хB_х з х=13-15 ат.% є двостадійною (механізм первинної кристалізації), а при х17 ат.% - одностадійною (механізми евтектичної або поліморфної кристалізації). Кристалізація АМС Fe₇₅ПМ₅B₂₀ відбувається в одну стадію за евтектичним механізмом кристалізації з утворенням суміші -Fe(ПМ) та тетрагональної модифікації (Fe,ПМ)₃B. Температура кристалізації Т_х АМС Fe₇₅ПМ₅B₂₀ закономірно зменшується із зростанням атомного номера ПМ (переміщенні від початку до кінця 3d-ряду). Тобто, термічна стабільність аморфного стану в Fe₇₅ПМ₅B₂₀ зменшується при збільшенні кількості електронів у розрахунку на один атом. Кристалізація АМС Fe₈₀ПМ₅B₁₅, (Fe_1-xCо_x)₈₅B₁₅ та (Fe_1-xCr_x)₈₅B₁₅ відбувається у дві стадії (при температурах Т_х1 та Т_х2) за механізмом первинної кристалізації. Температура кристалізації АМС (Fe_100-xCr_x)₈₅B₁₅ лінійно зростає зі збільшенням вмісту Cr. Залежність температури кристалізації АМС (Fe_100-xCо_x)₈₅B₁₅ від вмісту Со має немонотонний характер: досягає мінімального значення при вмісті Со х = 21 ат.%. Відмітимо, що легування АМС базового складу Fe₈₅B₁₅ перехідними елементами, що розташовані в періодичній системі ліворуч від Fe, при заміні ПМ від Mn до Ti (до початку 3d-ряду) спричиняє на температуру кристалізації вплив, подібний тому, який спостерігається при зростанні вмісту хрому в АМС (Fe_1-xCr_x)₈₅B₁₅. Крім того, температура кристалізації АМС Fe₈₀Ni₅B₁₅ в межах похибки відповідає температурі кристалізації АМС Fe₇₃Cо₁₂B₁₅. Одержані результати стосовно температурних інтервалів стабільності аморфного стану наведені на рис.3-6. Аналіз закономірностей впливу легуючих домішок на криві (Т) та температуру кристалізації АМС на основі Fe свідчать про те, що значну роль у стабілізації аморфного стану АМС на основі Fe відіграє електронний фактор, у даному разі - кількість електронів в розрахунку на атом.