|
|
5f-electron Magnetism in Intermetallic Uranium Compounds
Vališka, Michal ; Sechovský, Vladimír (vedoucí práce) ; Šob, Mojmír (oponent) ; Veis, Martin (oponent)
Tato práce je zaměřená na studium magnetických vlastností tří r·zných sloučenin na bázi uranu obsahujících 5f elektrony (U4Ru7Ge6, UAu2Si2 a UIrGe). V rámci této práce byly, za pomoci r·zných metod, připraveny vysoce kvalitní krystaly těchto sloučenin. Vlastnosti těchto systém· byly studovány r·znými objemovými meto- dami (magnetizace, měrné teplo, teplotní roztažnost, elektrický transport) a také neu- tronovým a rentgenovým rozptylem při širokém spektru vnějších podmínek (nízká teplota, vysoké magnetické pole, vysoký tlak). Kombinace těchto metod odhalila komplexní chování těchto systém· a pomohla sestrojit jejich magnetické fázové diagramy. První studovanou sloučeninou je feromagnet U4Ru7Ge6vykazující velmi nízkou mag- netokrystalovou anizotropii, která je neočekávaná pro sloučeninu na bázi uranu. To se promítá do izotropní závislosti téměř všech měřených fyzikálních vlastností. Bylo zjištěno, že osa snadné magnetizace se mění v uspořádaném stavu a tento jev je spojen s anomáliemi v teplotní roztažnosti ukazující na možnou rhomboedrickou distorzi. Ta vede k vytvoření dvou odlišných pozic uranu s odlišným magnetickým momentem. Tato před- pově¤ byla potvrzena teoretickými výpočty a pomocí polarizované neutronové difrakce. Rozdíl magnetických moment· na dvou odlišných uranových pozicích je zp·soben...
|
|
|
Quantum-mechanical study of magnetic properties of superalloy nanocomposite phase Fe2AlTi
Slávik, Anton ; Miháliková, Ivana ; Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Šob, Mojmír
The L21-structure Fe2AlTi intermetallic compound is one of the two phases identified in Fe-Al-Ti superalloy nanocomposites. Experimental data related to low-temperature magnetic properties of this Heusler compound indicate that magnetic moment is about 0.1 Bohr magneton per formula unit. In contrast, previous quantum-mechanical calculations predicted Fe2AlTi to have much higher magnetic moment, 0.9 Bohr magneton per formula unit. In order to solve this discrepancy between the theory and experiment we have performed a series of quantum-mechanical fix-spin-moment calculations and compared our results with those for non-magnetic state. It turns out that the total energy of the non-magnetic state is only by 10.73 meV/atom higher than that of the magnetic state. When applying Boltzmann statistics to this very small energy difference we predict that the non-magnetic state appears at non-zero temperatures with significant probabilities (for instance, 22.36 % at T = 100 K) and reduces the overall magnetic moment. As another mechanism lowering the magnetization we studied selected shape deformations, in particular trigonal shearing. Fe2AlTi exhibits a compression-tension asymmetry with respect to these strains and, for example, the strain 0.08 destabilizes the spin-polarized state, leaving the non-magnetic state as the only stable one.
|
|
|
First-principles study of interface energies in Fe-Al-based superalloy nanocomposites
Miháliková, Ivana ; Slávik, Anton ; Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Koutná, N. ; Holec, David ; Šob, Mojmír
Fe-Al-based nanocomposites with a superalloy-type of microstructure constitute a very promising class of materials. They possess a great potential as an alternative to the currently used steel grades in high temperature applications. Intermetallics-containing nanocomposites, such as those with the Fe3Al compound being one of the phases, may open a way towards future automotive and energy-conversion technologies with lower fuel consumption and reduced environmental impact. We employ quantum-mechanical calculations to analyze relations between ordering tendencies of Al atoms in the disordered Fe-18.75at.%Al phase on one hand and thermodynamic, structural and magnetic properties of Fe-Al-based nanocomposites on the other. When comparing supercells modeling disordered Fe-Al phase with different atomic distribution of atoms we find out that the supercell without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs has a lower energy than that mimicking a perfect disorder (a special quasi-random structure, SQS). Further, coherent interfaces with (001), (110) and (1-10) crystallographic orientations between Fe3Al compound and SQS Fe-Al phase have higher energies than those exhibiting atomic distribution without 1st and 2nd nearest neighbor Al-Al pairs.
|
|
|
Quantum-mechanical study of tensorial elastic and high-temperature thermodynamic properties of grain boundary states in superalloy-phase Ni3Al
Friák, Martin ; Všianská, Monika ; Holec, D. ; Šob, Mojmír
Grain boundaries (GBs), the most important defects in solids and their properties are crucial for many materials properties including (in-)stability. Quantum-mechanical methods can reliably compute properties of GBs and we use them to analyze (tensorial) anisotropic elastic properties of interface states associated with GBs in one of the most important intermetallic compounds for industrial applications, Ni3Al. Selecting the Sigma 5(210) GBs as a case study because of its significant extra volume, we address the mechanical stability of the GB interface states by checking elasticity-based Born stability criteria. One critically important elastic constant, C 55, is found nearly three times smaller at the GB compared with the bulk, contributing thus to the reduction of the mechanical stability of Ni3Al polycrystals. Next, comparing properties of Sigma 5(210) GB state which is fully relaxed with those of a Sigma 5(210) GB state when the supercell dimensions are kept equal to those in the bulk we conclude that lateral relaxations have only marginal impact on the studied properties. Having the complete elastic tensor of Sigma 5(210) GB states we combine Green's-function based homogenization techniques and an approximative approach to the Debye model to compare thermodynamic properties of a perfect Ni3Al bulk and the Sigma 5(210) GB states. In particular, significant reduction of the melting temperature (to 79-81% of the bulk value) is predicted for nanometer-size grains.
|
|
|
Theory-guided design of novel Fe-Al-based superalloys
Friák, Martin ; Holec, D. ; Jirásková, Yvonna ; Palm, M. ; Stein, F. ; Janičkovič, D. ; Pizúrová, Naděžda ; Dymáček, Petr ; Dobeš, Ferdinand ; Šesták, Pavel ; Fikar, Jan ; Šremr, Jiří ; Nechvátal, Luděk ; Oweisová, S. ; Homola, V. ; Titov, Andrii ; Slávik, Ondrej ; Miháliková, Ivana ; Pavlů, Jana ; Buršíková, V. ; Neugebauer, J. ; Boutur, D. ; Lapusta, Y. ; Šob, Mojmír
Our modern industrialized society increasingly requires new structural materials\nfor high-temperature applications in automotive and energy-producing industrial\nsectors. Iron-aluminides are known to possess excellent oxidation and sulfidation\nresistance as well as sufficient strength at elevated temperatures. New Fe-Al-based\nmaterials will have to meet multiple casting, processing and operational criteria\nincluding high-temperature creep strength, oxidation resistance and room-temperature\nductility. Such desirable combination of materials properties can be achieved in multi-phase\nmulti-component superalloys with a specific type of microstructure (the matrix contains\ncoherent particles of a secondary phase - a superalloy microstructure). In order to design\nnew Fe-Al-based superalloys, we employ a state-ofthe-art theory-guided materials design\nconcept to identify suitable combinations of solutes.
|
|
|
AB INITIO STUDY OF EFFECT OF SEGREGATED SP-IMPURITIES AT GRAIN BOUNDARIES IN NICKEL
Všianská, Monika ; Šob, Mojmír
The embrittling/strengthening effects of segregated sp-elements in the 3rd 4th and 5th period (Al, Si, P, S, Ga, Ge, As, Se, In, Sn, Sb and Te) at the Sigma 5(210) grain boundary (GB) in fcc nickel have been investigated using density functional theory. We predict Si as a GB cohesion enhancer, Al and P have none or minimal strengthening effect and S, Ga, As, Se, In, Sn, Sb and Te are GB embrittlers in Ni. We also analyze the segregation enthalpy of all impurities. It turns out that AI, Ga, In, Sn, Sb and Te are substitutional and Si, P, S, Ge, As and Se interstitial impurities at the GB in Ni.
|
|
|
Relativistic Theory of Electron Transport in Magnetic Layers
Sýkora, Rudolf ; Turek, Ilja (vedoucí práce) ; Šob, Mojmír (oponent) ; Drchal, Václav (oponent)
Název práce: Relativistická teorie elektronového transportu v magnetických vrstvách Autor: Rudolf Sýkora Katedra / Ústav: Ústav teoretické fyziky Vedoucí doktorské práce: doc. RNDr. Ilja Turek, DrSc., Katedra fyziky kondenzovaných látek Abstrakt: V práci jsou rozebrány detaily teorie funkcionálu hustoty s využitím pohledu Levyho a Lieba. Jsou odvozeny Kohnovy-Shamovy rovnice, nejprve pro nejjednodušší nerelativistický bezspinový případ, pak s přihlédnutím k existenci spinu a možnému spinovému magnetizmu, a nakonec jsou odvozeny plně relativistické Kohnovy-Shamovy-Diracovy rovnice. Diskutována je lineární muffin-tinová (LMTO) metoda výpočtu elektronové struktury se zmíněním nutných změn pro možnost započtení efektů spin-orbitální (SO) interakce do jinak skalárně relativistické (SR) teorie. Je odvozen vztah pro výpočet vodivosti vrstevnatého systému s využitím Landauerova rozptylového pohledu a s použitím jednoduchých nerovnovážných Greenových funkcí. Vybudovaný formalizmus je následně použit ke studiu vrstevnatých kovových systémů složených z lehkých prvků Co, Ni, Cu a vrstevnatých systémů obsahujících tunelovací bariéru, Fe/MgO/Ag a Fe/GaAs/Ag. Pro tyto systémy jsou diskutovány efekty spin-orbitální interakce ve vztahu k tzv. GMR poměru a/nebo velikosti tunelovací anisotropní magnetoresistence (TAMR). Jsou...
|
|
|
Magnetic anisotropies in (Ga,Mn)As and metallic multilayers with strong spin-orbit coupling
Zemen, Jan ; Jungwirth, Tomáš (vedoucí práce) ; Diviš, Martin (oponent) ; Šob, Mojmír (oponent)
V této disertační práci jsou prezentovány numerické výpočty magnetokrystalických anisotropií ve feromagnetických polovodičích a přechodových kovech se zaměřením na mikroskopický původ těchto relativistických jevů i na vývoj spintronických součástek s novou funkcionalitou. Převážná část práce je věnována výzkumu magnetických anisotropií v (Ga,Mn)As epivrstvách a srovnání výpočtů s dostupnými experimentálními daty. Náš model popisuje valenční díry pomocí šestipásové obálkové funkce a jejich kinetickou výměnnou interakci s lokalizovanými manganovými momenty započítává v přiblížení středního pole. Nejprve studujeme otáčení magnetické snadné osy ze směru kolmého k vrstvě do směru paralelního v závislosti na koncentraci Mn iontů, koncentraci děr a teplotě v epivrstvách s elastickým napětím způsobeným různou mřížkovou konstantou substrátu a epivrstvy. Pak se zaměřujeme na vzájemnou velikost kubické a uniaxiální komponenty magnetické anisotropie v rovině vzorku. Do našeho efektivního Hamiltoniánu je vloženo uniaxiální napětí v rovině vzorku za účelem modelování anisotropií měřených v neupravených souvislých epivrstvách a zároveň je poskytnuto mikroskopické odůvodnění tohoto postupu. Model je pak rozšířen o uniaxiální napětí podle libovolného směru v rovině vzorku a používán pro popis...
|
|
| |
|
| |
host ::
RSS.