Изометричные монокристаллы бората железа - магнитные и магнитоакустические эффекты, страница 8

На местезатравок обнаруживались крупные объемные монокристаллы FeВO3 с хорошейогранкой. Размеры образцов достигали 1 см в поперечнике. Большинство гранейимело зеркальный блеск.В п. 9.3 содержатся результаты исследования морфологии изометричныхкристаллов. С точки зрения форм роста полученные кристаллы можно разделить натри группы: ромбоэдрические, пирамидально-призматические и таблеточные(рис.16). Естественная огранка кристаллов включает грани следующих типов:(10 1 4) , (11 20) , (112 3) , (01 1 2) и (0001) .

Тип грани определялся методамиоптической гониометрии и рентгеноструктурного анализа. В качестве затравокобычно использовались мелкие (≤ 1 мм) таблеточные кристаллы. Установлена связьмежду формой затравочного и выросшего из него кристалла. При этомдиагностическую роль играют грани типа (10 1 4) и (01 1 2) затравочного кристалла.По расположению таких граней на затравке оказывается возможным предсказать ккакой из указанных групп будет принадлежать синтезируемый кристалл.Поскольку для решения отдельных задач, представленных в работе,требовались тонкие базисные пластинки бората железа, автор уделил вниманиесинтезу и таких кристаллов (п.

9.4). Для этой цели был применен метод синтеза израствора в расплаве. В работе приводится описание развитой технологии, важнымкомпонентом которой является отделение синтезированных кристаллов от жидкогораствора–расплава. Полученные таким образом крупные кристаллы в формебазисных пластин с размерами до 15 мм в базисной плоскости и толщиной до 150мкм обладали высоким структурным совершенством: полуширина рентгеновскойкривой качания не превосходила 10′′.29Рис. 1Доменная структура на грани (112 0) :а – Н = 0; б – Н = 11Э; в – Н = 45ЭРис.

2Кривые намагничивания (Н⊥3z) поверхности для грани(10 1 4) при Т = 300К: 1 – эксперимент; 2 – теория;3 – теория с учетом реконструкции поверхностиРис. 3Зависимость константы поверхностнойанизотропии as (а) и поля насыщения Hk(б) от изменения длины ребра элементарногоромбоэдра (10 1 4) при гидростатическомдавлении (Т = 300К)Рис. 4Зависимость константы поверхностнойанизотропии as (а) и поля насыщения Hk (б) отсмещения поверхностного слоя Fe3+для грани (10 1 4) (Т = 300К)30Рис.6Зависимость ориентации спинов от расстояниявглубь кристалла в различных магнитных полях,приложенных вдоль ЛАО (Т = 0К):1 - H = 100 Э; 2 - H = 200 Э; 3 - H = 400 Э;4 - H = 600 Э; 5 - H = 800 Э; 6 - H = 1000 ЭРис.5Расчет зависимости поля насыщения отконцентрации дефектов в приповерхностномслое для грани (10 1 4) (Т = 0К)Рис.

7Кривые А⊥ (Н): a - эксперимент без фильтрации;б - эксперимент с фильтрацией сигнала;в - расчет в базисноизотропной модели;г - расчет в базисноанизотропной модели дляидеального кристалла;д - расчет в базисноанизотропной модели сучетом дефектной структуры – трех блоков31Рис. 8Зависимость МУ связи ζ = ∆C / C 44 отмагнитного поля: а – для бората железа(базисноизотропная модель); б – для боратажелеза (базисноанизотропная модель);в – для карбоната марганцаРис. 9Ориентация осей и векторов вбазисноанизотропном случаеРис. 10Кривые А||(H) c тонкой структурой в слабыхполях: а – эксперимент (две последовательныезаписи); б – расчет с учетом дефектнойструктуры – 3-х блоков; в – расчет с учетомслабого случайного изменения анизотропии втонких придефектных слоях.32Рис.11Частотная зависимость амплитуды звука:а – эксперимент; б - расчет с учетом полосы пропусканияРис.

12Зависимость резонансной частоты от магнитного поля:эксперимент [13] (светлые и темные кружки – слабомагнитные и сильномагнитные модысоответственно); теория: (а) базисноанизотропная однородная модель (прямые и кривые –немагнитные и магнитные моды, соответственно); (б) базисноанизотропная неоднородная модель(сплошные кривые; пунктирные линии – чистые магнитные и немагнитные моды)33Рис. 13Кривые МН(P): а – эксперимент;б – теория (1 – α = 0; 2 – α = 2°; 3 – α = 7°; 4 – α = 12°)Рис. 14Зависимость угла выхода АФ вектора избазисной плоскости от давления:точки – эксперимент [19]; кривая –расчетРис.15Угловая зависимость положения максимума кривойА⊥ (Н) (кружки – эксперимент [21]; сплошные линии –теория)Рис.16Кристаллы ромбоэдрической (а), пирамидально-призматической (б) и таблеточной (в) форм34Основные результаты и выводы1.

Впервые на естественных небазисных гранях изометричных монокристалловFeBO3 методом порошковых фигур Биттера обнаружена и исследована доменнаяструктура ЦМД-типа, которая свидетельствует о существовании поверхностногомагнетизма, обусловленного поверхностной анизотропией.2.

Методом МО эффектов Керра в диапазоне температур от 77К до точки Нееляполучены кривые намагничивания тонких приповерхностных слоев боратажелеза, свидетельствующие о существовании на гранях типа (10 1 4)значительной одноосной поверхностной анизотропии. Ориентации ЛО и ТО стемпературой не изменяются. Поле насыщения при намагничивании вдоль ТОпри комнатной температуре составляет Hk ≈ 1кЭ. При намагничивании вдоль ЛОпроцесс завершается в полях, сравнимых с полями размагничивания (~100Э).Установлено, что температурная зависимость поля Hk совпадает с температурнойзависимостью подрешеточной намагниченности кристалла. На гранях типа(112 0) , (112 3) и (0001) поверхностная анизотропия, определяемая с точностьюдо величин полей размагничивания, не обнаружена.3.

Построена теория поверхностного магнетизма бората железа сучетомреконструкции поверхности и дефектности ее структуры. Энергия поверхностнойанизотропии рассчитана в магнитодипольном приближении. При этом, как и вэксперименте, Hk ∼ M0. В случае грани (10 1 4) теория описывает симметриюнаблюдаемой анизотропии и дает для неискаженной поверхности правильныйпорядок величин поля Hk во всем температурном диапазоне. Для граней (11 20) и(112 3) также наблюдается корреляция с экспериментом: рассчитанные для нихзначения полей Hk оказываются пренебрежимо малыми. Сильная зависимостьэнергии поверхностной анизотропии и поля насыщения от параметра решеткикристалла, σ ∼ a −r 5 , Hk ∼ a −r 10 , должна приводить к существенному влияниюреконструкции поверхности на поверхностный магнетизм. Учет реконструкциидля грани (10 1 4) позволил значительно улучшить количественное согласие сэкспериментом.

Расчет величины поля Hk в случае дефектной поверхности(вакансии магнитных ионов Fe 3+ или их замещение диамагнитными ионами)показал, что Hk существенно уменьшается с ростом концентрации дефектов.4. Рассчитана магнитная структура приповерхностного переходного слоя, котораяопределяется тремя факторами: магнитным полем, поверхностной анизотропией иобменным взаимодействием. В полях, значительно меньших поля насыщения,слой имеет эффективную толщину ~ 10-1 мкм, что намного превосходит глубинуформирования МО сигнала. На глубине формирования МО сигнала спиныпрактически параллельны спинам ионов на поверхности, что делает оправданным355.6.7.8.сравнение экспериментальных кривых намагничивания, получаемых методомэффектов Керра, с расчетными кривыми для поверхностного слоя магнитныхионов.

Толщина слоя, в котором магнитные моменты закреплены поверхностнойанизотропией, составляет всего несколько параметров решетки.Показано, что существующая теория магнитного линейного ДП звука втригональном легкоплоскостном АФ кристалле не дает удовлетворительногоописания экспериментов на борате железа: период осцилляций расчетной кривойА(Н) значительно меньше экспериментального, а их амплитуда не зависит отполя, что также не соответствует эксперименту. Необъяснимой остается тонкаяструктура экспериментальных кривых А(Н) и А(ω).Борат железа обладает сильной МУ связью ζ = ∆С/С ~ 1, вызывающей магнитноеДП звука. С другой стороны сильная МУ связь должна приводить ксущественному воздействию экспериментальных механических граничныхусловий на магнитное состояние кристалла, что тоже влияет на эффекты ДП.Поэтому при изучении ДП звука в борате железа учет граничных условийоказывается необходимым.

Сформулирована простейшая физическая модель:механические граничные условия приводят к возникновению в базиснойплоскостикристалла неоднородной одноосной магнитной анизотропии,убывающей от поверхности вглубь образца.На основе предложенной модели развита теория магнитного ДП звука в боратежелеза, позволяющая адекватно описать эксперимент. Для расчета зависимостейА(Н) и А(ω) оказалось целесообразным применение метода матриц Джонса.Возрастание периода осцилляций расчетной кривой А(Н) по сравнению сбазисноизотропным случаем вызывается уменьшением МУ связи при учетеиндуцированной анизотропии.

Зависимость амплитуды этой кривой от поляобъясняется зависимостью от поля ориентаций поляризации мод звуковой волныв этом случае и неоднородным распределением намагниченности в кристалле.Значительное влияние на эффекты ДП магнитной анизотропии объясняется ееобменным усилением.Установлено, что наблюдаемая в экспериментах тонкая структура кривых А(Н) иА(ω) может быть обусловлена существованием кристаллических блоков.

Теориямагнитного ДП звука в борате железа, обобщенная на случай учета многократныхпереотражений звуковой волны от границ блоков, позволила получить кривыеА(Н) и А(ω) с тонкой структурой, которые хорошо коррелируют сэкспериментом.Показано, что наблюдаемая в слабых полях неполнаявоспроизводимость тонкой структуры кривых А(Н) при повторныхэкспериментах может быть объяснена эффектом Баркгаузена.369.

Построена теория размерного акустического резонанса в монокристалле боратажелеза с учетом индуцированной магнитной анизотропии. Установлено, чтонаблюдаемоепри изменении магнитного поля смещение акустическихрезонансов является естественным следствием ДП звука внеоднороднонамагниченном образце. В этом случае вместо магнитных и немагнитных модвозникают гибридные, фазовые скорости которых зависят от магнитного поля.При переходе от чистых мод к гибридным резонансные кривые ω rez(H)претерпевают существенную перестройку.

В частности, наблюдается их«расталкивание». Рассчитанные кривые ωrez(H) удовлетворительно описываютэксперимент.10.Получено выражение, связывающее одноосное давление в базисной плоскостикристалла с индуцированной давлением одноосной магнитной анизотропией.Установлена эквивалентность учета индуцированной анизотропии илинепосредственно одноосного давления в теории магнитного ДП звука в боратежелеза.11.Экспериментально и теоретически исследовано магнитное состояние боратажелеза под действием одноосного давления и магнитного поля, приложенных вбазисной плоскости.