Диссертация (Дальний магнитный порядок и метамагнитные превращения в редкоземельных франциситах Cu3RE(SeO3)2O2Cl), страница 2

Заседание Научного совета РАН по физике конденсированных сред,секция “Магнетизм”, Москва, Россия, 2014.ПубликацииПо результатам исследований, отраженных в данной диссертационнойработе, опубликованы три работы в ведущих реферируемых научныхжурналах, входящих в перечень ВАК, и семь работ в сборниках трудов8международных и российских конференций и симпозиумов. Полученныерезультаты являются оригинальными и имеют большое практическоезначение.Список публикаций в реферируемых научных журналах:1. Zakharov K.V., Zvereva E.A., Berdonosov P.S., Kuznetsova E.S.,Dolgikh V.A., Clark L., Black C., Lightfoot P., Kockelmann W., Pchelkina Z. V.,Streltsov S.

V., Volkova O.S., Vasiliev A.N. Thermodynamic properties, electronspin resonance, and underlying spin model in Cu3Y(SeO3)2O2Cl // Phys. Rev. B. 2014. - V. 90, № 21. - P. 214417.2. Zakharov K.V., Zvereva E.A., Kuznetsova E.S., Berdonosov P.S.,Dolgikh V.A., Markina M.M., Olenev A.V., Shakin A.A., Volkova O.S., VasilievA.N. Two new lanthanide members of francisite family Cu 3Ln(SeO3)2O2Cl (Ln =Eu, Lu) // J. Alloys Compd. Elsevier Ltd, - 2016. - V. 685. - P. 442–447.3. Zakharov K.V., Zvereva E.A., Markina M.M., Stratan M.I., KuznetsovaE.S., Dunaev S.F., Berdonosov P.S., Dolgikh V.A., Olenev A. V, Klimin S.A.,Mazaev L.S., Kashchenko M.A., Ahmed A., Banerjee A.

Magnetic , resonance ,and optical properties of Cu3Sm(SeO3)2O2Cl : A rare-earth francisite compound //Phys. Rev. B. - 2016. - V. 94. - P. 54401.Список публикаций в трудах научных конференций:1. К.В. Захаров, П.С. Бердоносов, Е.С. Кузнецова, А.Н. Васильев.Термодинамические свойства франциситов Cu3Ln(SeO3)2O2Cl (Ln = Eu, Lu).XXXVII Совещание по физике низких температур (2015), Программа, тезисыдокладов, Казань, Россия, с.

94.2. M.A. Kashchenko, K.V. Zakharov, E.S. Kuznetsova, P.S. Berdonosov,A.N. Vasiliev, S.A. Klimin, Optical spectroscopy and thermodynamic properties ofCu3Yb(SeO3)2O2Cl, XVI International Feofilov Simposium on spectroscopy of9crystals doped with rare earth and transition metal ions (2015), Book of abstracts,Saint Petersburg, Russia, p. 1463. Кащенко M.A., Захаров К.В., Кузнецова Е.С., Бердоносов П.С.,ВасильевА.Н., КлиминтермодинамическиеС.А., ОптическаясвойстваспектроскопияCu3Yb(SeO3)2O2Cl, XXI-яиВсероссийскаяКонференция «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (2015),Краснодар, Материалы конференции, с.2324.

М.А. Кащенко, Л.С. Мазаев, К.В. Захаров, В.А. Долгих, П.С.Бердоносов,С.А.переориентационныеКлимин. Магнитноепереходывупорядочениередкоземельныхиспин-франциситахCu3R(SeO3)2O2Cl (R = Er, Sm, Yb): спектроскопическое исследование.Заседаниесекции«Магнетизм»Научногосоветапофизикеконденсированных сред» (2015), Москва. Программа и аннотации докладов,с. 13.5. Zakharov, K., Berdonosov, P., Kuznetsova, E., Markina, M., andVasiliev, A. Thermodynamic properties of francisities Cu 3Ln(SeO3)2O2Cl (Ln = Y,La).

Book of Abstracts Moscow International Symposia on Magnetism (MISM2014) (2014), Moscow, pp. 754–755.6. К.В. Захаров, Е.А. Зверева, О.С. Волкова, А.Н. Васильев, П.С.Бердоносов, Е.С. Кузнецова, В.А. Долгих, Л. Кларк, К. Блэк, П. Лайтфут, В.Кокелман, З.В. Пчелкина, С.В. Стрельцов. Термодинамические свойства,электронно-парамагнитный резонанс и основная спиновая модель вCu3Y(SeO3)2O2Cl. Заседание секции «Магнетизм» Научного совета по физикеконденсированных сред» (2014), Москва. Программа и аннотации докладов,с. 9.7.

Кузнецова Е.С. , Бердоносов П.С., Долгих В.А., Захаров К.В., БлэкК., Лайтфут Ф., Волкова О.С., Васильев А.Н. Магнитные свойства и спиноваямодель для сложного сененит-оксохлорида иттрия-меди Cu3Y(SeO3)2O2Cl.XIII Конференция молодых ученых "Актуальные проблемы неорганической10химии" (2014). Программа лекций и тезисы докладов, Звенигород, Россия, с.92.Личный вклад автораАвтором лично проведены все представленные в диссертацииизмерениямагнитныхсвойств,теплоемкостиидиэлекрическойпроницаемости. Остальные экспериментальные данные и первопринципныерасчеты получены в соавторстве (более подробно в главе 2).

Авторомпроведен анализ данных, получены основные параметры магнитных системисследуемых соединений.Структура диссертацииДиссертация состоит из введения, литературного обзора, описанияэкспериментальных методов, трех экспериментальных глав, заключения,библиографического списка. Общий объем диссертации составляет 129страниц, включая 84 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 70наименований.112. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР2.1.

Магнитные структуры на решетках кагомеРешеткатипакагоме,названнаякактрадиционнаяяпонскаябамбуковая плетенка, представляет собой чередование в слое треугольникови шестиугольников, в узлах которых лежат магнитные ионы. Особенностьюэтой двумерной решетки кагоме является наличие 4-х соседей у каждогомагнитного иона. Подобно простой треугольной решетке, данные спиновыесистемы сильно фрустрированы [5]. В результате этого, при обменномвзаимодействии только между ближайшими соседями фазовый переход вмагнитoупорядоченное состояние не происходит при конечных значенияхтемпературы. Основное состояние антиферрмагнетика на идеальной решеткекагоме - спиновая жидкость, что можно представить как магнитные димеры,находящиесяввзаимодействий.некотором«эффективномОднакодополнительныеполе»другихмагнитныхвзаимодействиямеждуследующими за ближайшими спинами частично снимают вырождение имогут привести к возникновению дальнего магнитного порядка приотличных от нуля температурах,[6].Тем не менее, поскольку эффектыфрустрации обменного взаимодействия все еще имеют место, процессупорядочения и стабилизации структур в отличие от нефрустрированныхсистем значительно замедлен [7].2.1.1.

Соединения ACu3(OH)6Cl2 (A = Zn, Mg)Типичным примером соединения с антиферромагнитной решеткойкагоме со спином ½ является гербертсмитит γ-ZnCu3(OH)6Cl2. Структураданного соединения представлена на рисунке 2.1. Ионы Сu2+ образуютплоские совершенные кагоме-слои, которые разделены немагнитнымипромежуточными слоями из атомов Zn и Cl, магнитное взаимодействие черезкоторые пренебрежимо мало. Данное соединение не демонстрирует дальнегомагнитногопорядкавплотьдо5012мК,несмотрянасильноеантиферромагнитноесуперобменноевзаимодействие~ 200 Кипарамагнитную температуру Вейсса в ~ -300 К [8–12].Капеласитα-Cu3Zn(OH)6Cl2–полиморфная модификация гербертсмитита,котораяотличаетсядвухмернымболееповедением.Ввыраженнымотличиеотгербертсмитита, капеласит имеет температуруВейсса 10 К с положительным знаком, чтоуказываетнаферромагнитноеосновноевзаимодействие в магнитной подсистеме [13–15].

Его изоструктурный магниевый аналог хайдиит α-Cu3Mg(OH)6Cl2 (α-Cu3Mg(OD)6Cl2)при этом демонстрирует ферромагнитноеупорядочение при ТС = 4,2 К (рисунок 2.2). КРис. 2.1. КристаллическаяструктурагербертсмититаZnCu3(OH)6Cl2.Показанытолько ионы меди (желтым) ицинка (красным) [11].такому различию в поведении приводит влияние диагонального обменноговзаимодействия Jd (рис. 2.3 (а)) по пути Cu-O(H/D)-Zn/Mg-O(H/D)-Cu [15].Рис. 2.2. Температурная зависимость магнитной восприимчивости и полеваязависимость намагниченности при Т = 3 К хайдиита α- Cu3Mg(OD)6Cl2 [15].В работе [16] приведена фазовая диаграмма решетки кагоме сферромагнитнымвзаимодействиеммеждуближайшимисоседями(рис.

2.3 (b)) в координатах значений обменов Jd и J2, отнесенных к модулюосновного обмена J1 (отрицательный знак соответствует ферромагнитномуобмену). Окрашенные части показывают магнитно упорядоченные области13(описаны более подробно в работе [17]), пустые круги обозначают области,где предполагается состояние квантовой спиновой жидкости [18]. Синейточкой указано положение капеласита [14,19], красной – хайдиита.Рис. 2.3. (а) - решетка кагоме капеласита или хайдиита (синие круги – ионы Cu2+,зеленые - Zn2+ или Mg2+ соответственно) и основные пути обменноговзаимодействия. (b) - фазовая диаграмма решетки кагоме для ферромагнитногообмена между ближайшими соседями J1 [16].2.1.2.

Органические соединения меди с решеткой кагомеРис. 2.4. Структура изофталата меди (1,3-бензолдикарбоксилат меди, CuC8H4O4)[20].14Другимпримеромсоединенийскагоме-ферромагнитнымповедением является изофталат меди (1,3бензолдикарбоксилат меди, CuC8H4O4),структура которого показана на рисункеДанное2.4.соединениегексагональнуюимеетпространственнуюгруппу P63/m. Ионы меди Cu2+ находятсявпочтиквадратномокружениикарбоксильных групп изофталата. Приэтомкаждаякарбоксильнаягруппасвязывает два иона меди. В результатеобразуетсямедныйкагоме-слойвплоскости ab (правая панель рисунка 2.4).Между слоями находятся изофталаты,которые связывают две пары ионов медииз соседних слоев (левая панель рисунка2.4). Зависимости χ(Т), М(Н) при 2 К иС(Т) представлены на панелях (а), (b) и (с)рисункасоответственно.2.5ОтрицательныйуказываетзнакнадоминирующееΘCW = -33Kантиферромагнитноесуперобменноевзаимодействие между соседними ионамимеди,притом,чтопроисходитРис.

2.5. Изофталат меди (1,3бензолдикарбоксилатмеди,CuC8H4O4): (а) – температурнаязависимостьмагнитнойвосприимчивости, (b) – полеваязависимость намагниченности при2 К и (с) – температурнаязависимость теплоемкости [20].ферромагнитное упорядочение при ТС = 2К [20]. В работе [21] указывается, что данная интерпретация магнитныхизмерений является неверной, рост χ(Т) имеет более сложную природу, афазовый переход при 2 К связан с взаимодействиями Дзялошинского-Мория.15Система упорядочивается, но из-за фрустрированной решетки с малымзначением спина квантовые флуктуации сохраняются, как это наблюдаетсяпри исследовании методом мюонной спектроскопии (SR) [22].

Слабыйгистерезис после упорядочения наблюдается не из-за ферромагнитногопорядка, а скорее из-за скошенного антиферромагнитного порядка.162.2. Франциситы2.2.1. Минерал францисит Cu3Bi(SeO3)2O2ClМинерал, впоследствии названный франциситом, был обнаружен в мае1987 года на железном месторождении Iron Monarch (рис. 2.6) ГлиномФранцисом (Glyn Francis) и передан в числе других новых образцов вотделение минералологии Южно-Австралийского музея для идентификации.Он представлял собой небольшие кристаллы необычного ярко-зеленогояблочного цвета (рис. 2.7).