Диссертация (Рентгеновское исследование динамики кристаллической решётки тетраборидов редкоземельных элементов при температурах 5–300 К), страница 15

Выявлена149анизотропия линейной спонтанной магнитострикции тетраборидов в областимагнитныхпревращений;определенывеличинылинейнойиобъёмнойспонтанной магнитострикции.Сопоставлением с данными для диамагнитных изоструктурных аналогов(LaB4 для SmB4, LuВ4 – для тетраборидов РЗЭ от Gd до Er) рассчитаны ипроанализированы температурные изменения регулярного (решёточного) вклада втепловое расширение РЗ – тетраборидов.РазработанподходдлямоделированияфононныхспектровРЗ–тетраборидов в модели Дебая – Эйнштейна. Критерием адекватности подходаявляется удовлетворительное воспроизведение в рамках принятой моделиэкспериментальных температурных зависимостей теплоёмкости и тепловогорасширения при одинаковых значениях параметров модели. Определеныпараметры модели Дебая – Эйнштейна для описания решёточной составляющейтеплового расширения тетраборидов.Вычитанием решёточной составляющей отделён магнитный вклад втепловоерасширениететраборидовРЗЭ,обусловленныйпроцессамиантиферромагнитного упорядочения.

Рассчитаны температурные изменениялинейной и объёмной спонтанной магнитострикции РЗ – тетраборидов.Установлено,чтозависимостьобъемнойспонтанноймагнитострикцииω(T)=ΔVm(T)/V0 от относительной температуры T/TN обратна температурнымизменениям энтропии магнитной подсистемы тетраборидов самария, гадолиния,гольмия, эрбия, и может быть принята в качестве параметра порядка прирассмотрении магнитного фазового перехода в указанных тетраборидах. Длятетраборидовтербияидиспрозия,магнитноепревращениекоторыхсопровождается структурными изменениями, зависимость ω(T) оказывается болеесложной, и отмеченной выше корреляции не наблюдается.Результаты проведённого исследования позволяют сделать следующиевыводы:150- тетрабориды тяжелых (от Gd до Lu) РЗМ могут быть полученыборотермическим восстановлением в вакууме.

Вследствие большого размераметаллических атомовобразование тетраборидов легких (от La до Sm) РЗМневыгодно; при боротермическим восстановлением легких РЗЭ из оксидов ввакууме образуются гексабориды и бораты; тетрабориды легких РЗЭ могут бытьполучены методом дугового переплава;- в результате анализа температурных зависимостей параметра Грюнайзенатетраборидов не выявлено заметного влияния электронной подсистемы боридовна их тепловое расширение;- предложенная модель Дебая-Эйнштейна позволяет удовлетворительномоделировать фононные спектры тетраборидов РЗЭ и аппроксимироватьтемпературные изменения решёточных компонент теплоёмкости и термическогорасширения комбинацией дебаевских и эйнштейновских вкладов; полученные врезультатепримененияэйнштейновскихпредложенногоподходахарактеристическихвеличиныдебаевскихтемпературитетраборидовудовлетворительно соответствуют данным, полученным с помощью рамановскойспектроскопии; предложенный подход может быть применён для получениядостоверных параметров динамики кристаллическое решётки веществ другихклассов на основе данных об их термических свойствах;- отрицательное тепловое расширение тетраборидов в области ниже 10КобусловленонизкочастотнымиколебаниямиподрешеткиРЗ-ионов;приповышенных температурах (Т>50К) всё большую роль начинают игратьколебаниянаэйнштейновскомсвязях«бор-бор»,приближении;которыемогутпреобладающеебытьрассмотренывоздействиенавчастотыколебаний в металлической и борной подрешётках тетраборидов, а также насвязях между подрешётками, оказывает масса РЗ-иона, по сравнению с явлениемлантаноидного сжатия.- фрустрированность магнитной подсистемы тетраборида самария приводитк появлению остаточной (нулевой) энтропии, величина которой характеризует151неупорядоченностьвсистемеатомныхмагнитныхмоментовSm3+приабсолютном нуле;-магнитныефазовыепревращениявредкоземельныхтетраборидах,содержащих парамагнитные РЗ-ионы, проявляются в виде аномалий тепловогорасширения, приводящих к появлению спонтанной магнитострикции (линейной,объемной);температурныеизмененияспонтанноймагнитострикциидляразличных кристаллографических направлений демонстрируют явно выраженнуюанизотропию, отличаясь как по величине (GdB4, HoB4, ErB4), так и по знаку(SmB4, TbB4, DyB4).Врезультатепроведенногорентгеновскогоисследованиядинамикикристаллической решетки тетраборидов редкоземельных элементов в широкойнизкотемпературнойобласти(5 – 300 К)выявленыипроанализированызакономерности температурных изменений параметров решетки, коэффициентовтепловогорасширения,параметровГрюнайзенатетраборидов,выявленыаномалии указанных характеристик, обусловленные магнитными фазовымипревращениями.

Результаты исследования послужат дальнейшему развитиютеории конденсированного состояния, войдут в справочную литературу, могутбыть использованы при разработке и конструировании приборов на основететраборидов РЗЭ.152БлагодарностиАвтор выражает искреннюю признательность и благодарность докторуфизико-математических наук, профессору Владимиру Васильевичу Новикову запредоставление темы диссертации, общее руководство, за помощь на всех этапахвыполнения диссертации.Также автор выражает глубокую признательность кандидату физикоматематических наук, доценту Матовникову Александру Вячеславовичу запомощь в проведении эксперимента по измерению теплоёмкости и обсуждениирезультатов исследования.153Список литературы1.Synthese, cristallogenese, proprietes magnetiques et effets magnetostrictifsspontanes de quelques tetraborures de terres rares / A.

Berrada [ et al.] // Mater.Res. Bull. 1976. V. 11, № 12. P. 1519–1526.2.Structural distortions in antiferromagnetic TbB4 and ErB4 / G. Will [ et al.] //American Institute of Physics Conference Series. 1986. Vol. 140, № 1. P. 130–135.3.Geometrical quadrupolar frustration in DyB4 / R.

Watanuki [ et al.] // J. Phys. Soc.Japan. 2005. V. 74, № 8. P. 2169–2172.4.Quadrupolar аrustration in Shastry-Sutherland Lattice of DyB4 studied by resonantX-ray scattering: strongly correlated electrons / D. Okuyama [ et al.] // J. Phys.Soc. Japan. 2005. V. 74. P. 2434–2437.5.Multiple phase transitions in rare earth tetraborides at low temperature / Z.

Fisk [ etal.] // Solid State Commun. 1981. V. 39, № 11. P. 1189–1192.6.Buschow K.H.J., Creyghton J.H.N. Magnetic Properties of Rare EarthTetraborides. J. Chem. Phys. 1972. V. 57, № 9. P. 3910–39147.Shastry B.S., Sutherland B. Exact ground state of a quantum mechanicalantiferromagnet. Phys. B+C. 1981.

V. 108, № 1–3. P. 1069–1070.8.Low-temperature structural phase transitions of TbB4 and ErB4 studied by highresolution X-ray diffraction and profile analysis / Z. Heiba [ et al.] // J. Phys.Chem. Solids. Elsevier, 1986. Vol. 47, № 7. P. 651–658.9.Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974. 294 c.10. Taylor R. Thermal Expansion of Solids. Ed. C.Ho. USA: ASM Internation, 1998.293 p.11. Barron T.H.K.,.

Collins J.G, White G.K. Thermal expansion of solids at lowtemperatures. Adv. Phys. Taylor & Francis Group, 2006. V. 29, № 4. P. 609–730.15412. Белов К. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М.:Наука, 1987. 160 c.13. Thermal expansion anomaly and spontaneous magnetostriction of Y2Fe14Al3compound / H.

Yan-Ming [ et al. ] // Chinese Phys. Lett. 2009. V. 26, № 2.P. 026501-3.14. Andreev A. V., Lindbaum A. Spontaneous magnetostriction of Ce2 Fe17. J. AlloysCompd. 2000. V. 297. P. 43–45.15. Andreev A. V., Danis S. Spontaneous magnetostriction of Lu2Fe17-xSix. Acta Phys.Pol. A. 2008. V. 113, № 1. P. 239–242.16. Thermal expansion anomalies and spontaneous magnetostriction in R2Fe17Cxintermetallic compounds / A.V. Andreev [ et al.] // Phys.

B Condens. Matter. 1991.V. 175. P. 361–369.17. Andreev A.V., Javorský P., Lindbaum A. Magnetic anisotropy and spontaneousmagnetostriction of RCuAl (R=Gd, Dy, Ho). J. Alloys Compd. 1999. V. 290.P. 10–16.18. Magnetoelasticity of CoS2 / N. V. Mushnikov [ et al.] // Philos. Mag. Part B. 2000.V. 80, № 1. P. 81–93.19. Negative thermal expansion and spontaneous volume magnetostriction ofTb2Fe16Cr compound/ Y.

Hao [ et al.] // Scr. Mater. 2005. V. 53, № 3. P. 357–360.20. Modeling magnetostriction in RCu2 compounds using McPhase / M. Rotter [ et al.]// J. Appl. Phys. 2002. V. 91, № 10. P. 8885–8887.21. Magnetoelastic effects in multiferroic HoMnO3/ T. Chatterji [ et al.] // Solid StateCommun. 2014. V. 180. P. 46–51.22.

Yang N. Synchrotron diffraction studies of spontaneous magnetostriction in rareearth transition metal compounds: Dis. …Ph.D. Philosophy. Ames, Iowa StateUnivercity, 2004. 167 p.23. Thermal Expansion Anomaly and Spontaneous Magnetostriction of Y2Fe14Al3155Compound / H. Yan-Ming [ et al.] // Chinese Phys. Lett. 2009. V.