Landolt-Börnstein / New Series Landolt-Börnstein Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology New Series Units and Fundamental Constants in Physics and Chemistry Elementary Particles, Nuclei and Atoms (Group I) (Formerly: Nuclear and Particle Physics) Molecules and Radicals (Group II) (Formerly: Atomic and Molecular Physics) Condensed Matter (Group III) (Formerly: Solid State Physics) Physical Chemistry (Group IV) (Formerly: Macroscopic Properties of Matter) Geophysics (Group V) Astronomy and Astrophysics (Group VI) Biophysics (Group VII) Advanced Materials and Technologies (Group VIII) Some of the group names have been changed to provide a better description of their contents. Landolt-Börnstein Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology New Series Group VIII: Advanced Materials and Technologies Volume 11 Nanocrystalline Materials Subvolume B Editor: E. Burzo Author: C. Djéga-Mariadassou ISSN 1619-4802 ISSN 1619-4810 (electronic) ISBN 978-3-642-41517-3 ISBN 978-3-642-41518-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-41518-0 Springer Heidelberg New York Dordrecht London Library of Congress Control Number: 2014951101 ©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015 This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Exempted from this legal reservation are brief excerpts in connection with reviews or scholarly analysis or material supplied specifically for the purpose of being entered and executed on a computer system, for exclusive use by the purchaser of the work. Duplication of this publication or parts thereof is permitted only under the provisions of the Copyright Law of the Publisher’s location, in its current version, and permission for use must always be obtained from Springer. Permissions for use may be obtained through RightsLink at the Copyright Clearance Center. Violations are liable to prosecution under the respective Copyright Law. The use of general descriptive names, registered names, trademarks, service marks, etc. in this publication does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use. While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein. Printed on acid-free paper Springer is part of Springer Science+Business Media (www.springer.com) Editor E. Burzo, Faculty of Physics, Babes-Bolyai University, Cluj-Napoca 400084, Romania and Romanian Academy of Science, Cluj-Napoca Branch, Cluj-Napoca 400015, Romania e-mail: [email protected] Author C. Djéga-Mariadassou, University Paris-Sud 11, 91405 Orsay, France and CMTR-ICMPE CNRS, 94320 Thiais, France e-mail: [email protected] Landolt-Börnstein Editorial Office Tiergartenstraße 17 D-69121 Heidelberg, Germany e-mail: [email protected] Internet http://www.springermaterials.com Preface Hard magnetic materials constitute one of the most studied research area, strongly connected with both their basic properties as well as their technical uses. In a previous volume, VIII/11A, the same author analyzed the hard magnetic nanomaterials based on rare earth–transition metal compounds. As an on- going work, the present volume focuses on the physical properties of the transition metal hard magnetic nanophases. These materials are of interest for high density information storage devices. Thus, in the first section, the author reviews the physical properties of disordered Co Pt hard magnetic solutions, 100–x x whereas in the second one, those of ordered hexagonal Co Pt phase. The last section is devoted to the 3 CoPt, CoPd, FePt, and FePd compounds. The quasi-entire compositional ranges of the phase diagrams of the above systems are covered. The elaboration of hard magnetic nanomaterials as well as their physical properties including crystal structures, mechanical, magnetic, thermodynamic, optical and magneto-optical properties are presented. The author of the volume is one of those scientists who contribute significantly to the development of the field of nanostructured hard magnetic materials. This is clearly visible throughout the volume, where representative data are included and critically analyzed. The volume provides a state-of-the-art knowledge base and a valuable analysis of the up-to-date results based on an extended reference list. The possible directions of research for the development of the field are also indicated. Taking the above into account, the volume is recommended for all those involved in the research area of nanostructured hard magnetic materials as well as in their technical applications. I would like to thank Antje Endemann from the Landolt-Börnstein editorial office for the agreeable cooperation and help with all the editorial work. Also, I express my gratitude to the Springer Verlag for providing all the necessary steps for the completion of this volume. Cluj-Napoca, July 2014 The Editor Table of contents VIII/11 Nanocrystalline Materials Subvolume B 2 Transition metal hard magnetic phases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.1 Disordered solid solution Co100–xPtx (0 < x ≤ 40) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1.1 Single-phase solid solution Co100–xPtx (0 < x ≤ 40) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1.1.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1.1.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.2 Co100–xPtx-based solid solution heterocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1.2.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1.2.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1.2.3 Transport properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1.2.4 Mechanical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.1.2.5 Corrosion properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.2 Ordered hexagonal Co3Pt phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.3 Magneto-optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2.4 Mechanical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3 AB-based nanomaterials (A = Co, Fe; B = Pt, Pd) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.3.1 CoPt-based nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.1.1 CoPt-based homocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.1.1.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.3.1.1.2 Thermodynamic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.3.1.1.3 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.3.1.1.4 Electrochemical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Landolt-Börnstein New Series VIII/11B VIII Table of contents 2.3.1.2 CoPt-based heterocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.3.1.2.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.3.1.2.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.3.1.2.3 Electrical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.3.1.2.4 Magneto-optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.3.1.2.5 Magnetoelectronic properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.3.1.2.6 Mechanical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.3.2 FePt-based nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.3.2.1 FePt-based homocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.3.2.1.1 Crystallographic characteristics and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.3.2.1.2 Thermodynamic and kinetic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 2.3.2.1.3 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 2.3.2.1.4 Optical and magneto-optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 2.3.2.1.5 Transport and magnetotransport properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 2.3.2.1.6 Nuclear gamma resonance (NGR) data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 2.3.2.1.7 Mechanical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 2.3.2.1.8 Corrosion properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 2.3.2.2 FePt-based heterocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 2.3.2.2.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 2.3.2.2.2 Thermodynamic characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 2.3.2.2.3 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 2.3.2.2.4 Transport and magnetotransport properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 2.3.2.2.5 Optical and magneto-optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 2.3.2.2.6 Nuclear gamma resonance (NGR) data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 2.3.2.2.7 Corrosion properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 2.3.2.2.8 Mechanical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 2.3.3 FePd-based nanomaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 2.3.3.1 FePd-based homocomposites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 2.3.3.1.1 Crystallographic characteristics and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 2.3.3.1.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Landolt-Börnstein New Series VIII/11B Table of contents IX 2.3.3.1.3 Optical and magneto-optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 2.3.3.1.4 Transport and magnetotransport properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 2.3.3.2 FePd-based heterocomposites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 2.3.3.2.1 Structural and nanostructural characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 2.3.3.2.2 Magnetic properties and nanostructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 2.3.3.2.3 Transport and magnetotransport properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 2.3.3.2.4 Nuclear gamma resonance (NGR) data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 List of frequently used symbols and abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 Landolt-Börnstein New Series VIII/11B