Ark Meltıng Yöntemi İle İntermetalik Alaşımların Hazırlanması Ve Sentezlenmesi

Abstract

Nadir toprak elementlerinin ve onlarla yapılan alaşımların (ve bileşiklerin), elektrik ve magnetik özellikleri 1960’lardan beri yoğun madde fiziğinin ilgi çekici konularından biri olmuştur. Özellikle, sergiledikleri çeşitli faz geçişleri son derece önemlidir. Örneğin ErCo2 bileşiğinde 32 K civarında 1. derece magnetik faz geçişi gözlenmiştir. Bu bileşik geçiş sıcaklığının üzerinde paramagnetik özellik gösterirken, geçiş sıcaklığının altında ferrimagnetik özellik göstermektedir. Bu geçiş sıcaklığının altındaki ve üstündeki bölgelerde araştırmalar yapılarak olayın nasıl geliştiği anlaşılmaya çalışılmaktadır. Fakat hala bu konuya tam olarak açıklık getirilememiştir. Yapılan araştırmaların sonucunda kobalt alt örgüsünün bu olayda önemli rol aldığı düşünülmektedir. Bu çalışmada ErCo2 bileşiğindeki 1. derece magnetik faz geçişinin kökenini anlamak için ErCo2 ve ErCoV örnekleri hazırlandı. ErCoV alaşımının hazırlanmasındaki amaç; ErCo2’nin kristal yapısını bozmadan bir kobalt atomu yerine vanadyum atomu koyulduğu zaman faz geçişinde kobalt atomunun rolünün nasıl olacağını görmektir. Kobaltın yerine vanadyum atomunun seçilmesinin nedeni vanadyumun da kobalt gibi bir geçiş elementi olması ve periyodik tabloda kobalta çok yakın yerde bulunmasıdır. Kobalttan farklı olarak vanadyum atomunun yarıçapı daha büyüktür ve elektronik yapısı farklıdır. Örnekler ev yapımı (home made) ark eritme fırını ile hazırlandı. 600 °C iki hafta süreyle tavlandı. Elektriksel direnç DC dört nokta yöntemi ile ölçüldü. ErCo2’nin direnç-sıcaklık eğrisinde 32 K de bir kırılma ve ani bir düşüş gözlendi. ErCoV alaşımının direnç-sıcaklık eğrisinde ise böyle bir “anomalliğe” rastlanmadı. AC duygunluk ölçümleri arasında elektriksel direnç ölçümlerindeki gibi iki örnek arasında farklılıklar ortaya çıktı. Kristal yapıları X ışını spektrum analizi ile bulundu. Kristal birim hücresi ve diğer kristalografik parametrelerin bulunması için Treor90 ve EXPO programları kullanıldı. Her iki örneğin de kübik laves yapısında kristalleştiği bulundu. ErCoV kristalinde ErCo2 kristalinden farklı olarak, kobalt atomlarından birinin periyodik olarak vanadyum atomu ile yer değiştirdiği ve örgü parametresinin değişime uğradığı görüldü. Bu deneysel verilerden yola çıkarak ErCo2 deki 1. derece magnetik faz geçişinin kollektif bir karakterde olduğu ve örgüdeki kobalt miktarı azaldığı zaman bu geçişin ortadan kalktığı belirlendi. ErCo2 bileşiğindeki 1. derece magnetik faz geçişinin tam olarak nedeninin ne olduğunu anlamanın elimizdeki verilerle mümkün olmadığı bu konuda önümüzdeki zamanlarda daha ayrıntılı çalışmalar yapılması gerektiği sonucuna varıldı.

In condensed matter physics rare earth elements and their compounds’ electrical and magnetic behaviors have been an attractive subject, since 1960. Especially, phase transition of these compounds is very important. For example, in ErCo2 compound there is a first order magnetic phase transition about 32 K. It shows paramagnetic behavior above this temperature and ferrimagnetic behavior under 32 K. Many researches have been made to understand the nature of these first order magnetic phase transition. As a result of these studies it was thought that cobalt sublatis is playing an important role on this phase transition. In this study, ErCo2 and ErCoV samples were prepared to understand the origin of first order phase transition in ErCo2 compound. The aim of preparing ErCoV compounds that understanding the role of cobalt atom in phase transition, when vanadium replaced with a cobalt atom without changing crystal structure of ErCo2. We chose vanadium atom deliberately, because vanadium is a transition metals (like as cobalt) and they are placed near to each other in periodical table. As a difference between two elements that radius of vanadium atom is bigger than that of cobalt. Electronic structures of two elements are different from each other. Our samples were prepared with a home made arc melting furnature and they were annealed two week period in 600 °C. Electrical resistivities of ErCo2 and ErCoV measured by DC four point method. There is a kink observed at 32 K in resistivity-temperature curve on ErCo2. But also there isn’t any anomaly observed in ErCoV compound. Like as electrical resistivity, there is a difference observed between ErCoV and ErCo2 samples’ AC susceptibility measurements. Crystal structures of these two samples found by X-Ray diffractions. Cell parameters and other crystallographic parameters were found by using Treor90 and EXPO computer software. Both of two samples crystallized in cubic laves structure. But it was seen that there is a difference between latis parameters of ErCo2 and ErCoV. To constitute the crystal structure of ErCoV one of vanadium atom replaced with cobalt atom periodically in ErCo2 compound. When we evaluate our experimental data we fount that first order magnetic phase transition in ErCo2 has a collective characteristic of whole structure. This first order transition vanishes with decrease of cobalt atoms in the structure. It is not possible to conclude that the present data explain the origin of first order phase transition observed in ErCo2 but which is needed to study more.