Untersuchung des kritischen Verhaltens nanokristallinen Gadoliniums mittels Magnetometrie und Neutronenkleinwinkelstreuung

Abstract

In nanokristallinen Ferromagneten können verschiedene Arten von Unordnung Einfluss auf den magnetischen Phasenübergang nehmen. Die Unordnung umfasst u. a. die durch die regellose Kornorientierung verursachte regellose magnetische Anisotropie sowie eine Verteilung der magnetischen Austauschkopplungen, eingebracht durch die Defektstruktur der Korngrenzen. Gegenstand dieser experimentellen Arbeit sind die Auswirkungen der Nanokristallinität auf das kritische Verhalten am Phasenübergang der Seltenen Erde Gadolinium. Dazu wurden konventionelle Magnetometrie sowie Messungen der Neutronenkleinwinkelstreuung durchgeführt, um Informationen über die makroskopischen als auch mikroskopischen magnetischen Eigenschaften zu erhalten. Die Ergebnisse werden im Rahmen einer neuartigen Universalitätsklasse für Phasenübergänge zweiter Ordnung in ungeordneten Systemen interpretiert, welche durch Mean-Field-ähnliches asymptotisches Verhalten charakterisiert ist.

In nanocrystalline ferromagnets, different types of disorder can have a distinct influence on the ferromagnetic-to-paramagnetic phase transition. This disorder comprises the inter-grain random magnetic anisotropy as well as a distribution of exchange coupling constants that is introduced by the defect cores of the grain boundaries. In this experimental work the rare-earth ferromagnet gadolinium provides a model system to investigate the impact of nanocrystallinity on the critical behaviour at the magnetic phase transition. For this purpose, conventional magnetization measurements and small-angle neutron scattering were used as complementary measurement techniques to obtain information on the macroscopic as well as the microscopic magnetic features. The results are interpreted in terms of a novel universality class for second-order phase transitions in disordered systems which is characterized by mean-field-like asymptotic behaviour.