We wrześniu bieżącego roku Zakład Fizyki Ciała Stałego Instytutu Fizyki UŚ wzbogacił się, dzięki Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej o nowe turbomolekularne stanowisko próżniowe. Przekazanie urządzenia stanowi ważny, niezbędny element zbudowanego w ZFCS nowego, unikatowego układu do hodowli monokryształów związków międzymetalicznych metodą Czochralskiego z lewitującej próbki. Zainteresowanie własnościami związków międzymetalicznych z pierwiastkami ziem rzadkich rozpoczęło się już w latach sześćdziesiątych. Przez okres wielu lat używano jako materiałów wyjściowych metali ziem rzadkich, które zawierały zanieczyszczenia paramagnetyczne oraz inne, w bardzo dużych ilościach, dochodzących nawet do kilku procent atomowych (np. tlen, wodór, azot, węgiel).
Przy komuterach |
Bardzo często dochodziło do dadatkowego zanieczyszczenia próbek w trakcie ich otrzymywania, zwłaszcza przy hodowli monokryształów metodami tyglowymi.
Pierwiastki ziem rzadkich reagują z wszystkimi używanymi dotąd materiałami tygli. Stąd własności badane w pierwszych eksperymentach wykazywały zależność od zawartych w próbce zanieczyszczeń, czyli zmieniały się od próbki do próbki.
Postęp w poznaniu subtelnych, często anizotropowych własności związków międzymetalicznych pierwiastków ziem rzadkich, takich jak przejścia fazowe lub zjawiska niskotemperaturowe wymaga pomiarów na próbkach najwyższej czystości i wysokiej jakości.
Te warunki najlepiej są spełnione w przypadku monokryształów otrzymanych z bardzo czystych (już dziś dostępnych) materiałów wyjściowych przy użyciu metod beztyglowych. Taką metodą beztyglową jest metoda Chochralskiego z lewitującej próbki, zabezpieczająca wsad przed zanieczyszczeniami materiałem tygla.
Zastosowanie tej metody i zachowanie dużej czystości jest istotne ze względu na wysoką reaktywność ziem rzadkich. Wymaga ona jednak wysokiej, bezolejowej próżni wstępnej uzyskiwanej przy pomocy turbomolekularnego stanowiska wysokopróżniowego firmy Pfeiffer.
Trzy stopnie pompujące wchodzące w skład stanowiska (membranowy, molekularny i turbomolekularny) pozwalają uzyskać ciśnienie końcowe rzędu 10 - 8 mba.
Hodowla monokryształu przebiega w komorze wypełnionej następnie czystym argonem. Wyciąganie kryształu przeprowadza się po indukcyjnym stopieniu materiałów wyjściowych na cewce lewitacyjnej chłodzonej wodą.
Czyste, dobrej jakości monokryształy służą do badań struktury krystalicznej i elektronowej, do pomiarów namagnesowania wzdłuż głównych kierunków krystalograficznych, pomiarów oporu elektrycznego i podatności magnetycznej ac i dc. Badania te umożliwiają poznanie niektórych własności trudnych do zaobserwowania na próbkach polikrystalicznych, jak np. przejścia metamagnetyczne.