Der Einfluß der Nanokristallinität auf den ferro-paramagnetischen Phasenübergang : eine Fallstudie an nanokristallinem Gadolinium

Abstract

Der ferro-paramagnetische Phasenübergang eines nanokristallinen Materials wurde experimentell an nanokristallinem Gadolinium untersucht, das mit dem Verfahren der Edelgaskondensation hergestellt wurde. Messungen der magnetischen AC-Suszeptibilität im Nullfeld zeigen, dass die Curietemperatur in nanokristallinem Gadolinium zu niedrigeren Temperaturen verschoben ist. Mittels Anlassbehandlungen gelang es die mittlere Korngröße der Proben kontrolliert einzustellen und die funktionale Abhängigkeit der Tc-Verschiebung von der mittleren Korngröße zu ermitteln. Die Tc-Erniedrigung kann auf eine um ca. 20% geminderte interatomare magnetische Kopplung im Bereich von Korngrenzen erklärt werden. Darüber hinaus wurde eine Untersuchung der kritischen Exponenten durch Messungen isothermer Magnetisierungskurven durchgeführt. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Probengeometrie und die damit zusammenhängende Formanisotropie einen entscheidenden Einfluss auf das kritische Verhalten nanokristallinen Gadoliniums bewirken.

The influence of nanocrystallinity on the ferro-to-paramagnetic phase transition was studied experimentally in gadolinium prepared by the inert-gas-condensation method. Measurements of the magnetic AC susceptibility indicate that the Curie temperature Tc is shifted to lower temperatures in the nanocrystalline state. Isothermal annealing of the samples resulted in controlled grain growth, thus permitting the functional dependence of the Tc shift on crystallite size to be determined. The reduction in Tc could be attributed to a 20% weakening of the interatomic magnetic coupling in the grain- boundary core regions. Further insight into the nature of the ferro-to-paramagnetic phase transition in nanocrystalline gadolinium was gleaned from a detailed analysis of critical exponent values extracted from isothermal magnetization curves. The critical behavior was found to depend sensitively on sample geometry through the associated form anisotropy.