Магнитные свойства германидов редкоземельных металлов и марганца R-Mn-Ge, страница 3

Исследованные соединения обнаруживают различное магнитноеупорядочение как антиферромагнитного, так и ферримагнитного типа. Изотермынамагниченности образцов GdMn1−xTixGe с различными концентрациями Ti при4.2 K показаны на Рис. 4 для приложенных магнитных полей до 140 кЭ. ВведениеTi в подрешетку Mn индуцирует ферримагнетизм, так как кривые намагничиваниядля образцов с x = 0.1 и 0.2 характеризуются появлением ферримагнитнойсоставляющей намагниченности, хотя магнитное насыщение не достигается длявсех концентраций Ti. Как величина намагниченности, так и характер кривыхнамагничивания существенно зависят от концентрации Ti. Почти линейнаязависимость σ(H) для GdMnGe и GdMn0.95Ti0.05Ge наблюдается в магнитных поляхдо 10 kOe.

Только для концентраций Ti x > 0.05 появляется спонтанный магнитныймомент в соединениях GdMn1−xTixGe при T = 4.2 K. Его величина была определенаэкстраполяцией кривых σ(H) к H = 0. Итак, полученные экспериментальныеданные показывают, что увеличение концентрации Ti в образцах GdMn1−xTixGeприводит к появлению ферримагнитного момента в этих соединениях и изменяетхарактер их магнитного упорядочения. Изменение магнитных свойств привведении Ti в соединения GdMn1−xTixGe обусловлено изменением межатомныхрасстояний Mn - Mn, Mn - Ge и R - Mn.приведены результаты исследований магнитных свойствВ п. 3.3соединений RMnGe0.5Ga0.5 (R = Gd, Tb, Dy, Ho). Установлено, что замещение10120GdMn1-xTixGe110x=0.210090x=0.180σ, emu/g7060x=0.055040x=03020100020406080100120140H, kOeРис.

4. Изотермы намагниченности соединений GdMn1−xTixGe при 4.2 К дляконцентраций титана x=0, 0.05, 0.1, 0.235301,6T=4.2 K1,41,2T=70 K200,8150,6100,4501,00,2020406080100H, kOeРис. 5. Изотермы намагниченности соединения GdMnGe0.5Ga0.5111200,0140µ, µB/f. u.σ, emu/g25σ, emu/mol * 1032,01,511,00,520,00100200300400Temperature, KРис. 6. 1—температурная зависимость намагниченности GdMnGe0.5Ga0.5 при Н=5 kOe,2—температурная зависимость намагниченности GdMnGe0.5Ga0.5 при Н=0.5 kOe3,00,1252,54σ, emu/g2,01,50,0830,061,010,50,00,042800,02120160200240280T, KРис. 7. Температурные зависимости намагниченности TbMnGe0.5Ga0.5. 1-Н=0.22 kOe, 2 -- Н=1 kOe, 3 -- Н=2 kOe, 4 -- Н=3 kOe. 5 -- Температурнаязависимость намагниченности TbMnGe, H=5.6 kOe120,00µ, µB/ô î ðì .åä.0,10германия галлием приводит к изменению структурного типа кристаллическойрешетки (от орторомбической типа TiNiSi к гексагональной типа ZrNiAl), а также кизменению характера магнитного упорядочения и сильному понижениютемпературы перехода в упорядоченное состояние.Полевые зависимости намагниченности σ(H) для GdMnGe0.5Ga0.5представлены на Рис.

5 для сильных магнитных полей до 140 kOe при температуре4.2 K и 70 К. Как следует из рисунка, кривые намагничивания этих составов невыходят на насыщение в магнитных полях до 140 kOe. Зависимость σ(H) дляGdMnGe0.5Ga0.5 характерна для ферримагнетика и показывает наличие некоторогоспонтанного ферримагнитного момента. Из температурной зависимостинамагниченности (рис. 6) можно сделать вывод о наличии магнитного фазовогоперехода парамагнетизм - ферримагнетизм при T=170 K. Как видно из этогорисунка, значения намагниченности сильно уменьшаются в температурноминтервале 100-200 K.

Парамагнитная температура Кюри (константа Вейсса)θp=25.9 K была определена из линейной части зависимости обратной магнитнойвосприимчивости от температуры 1/χ(T) (300 K - 400 K), эффективный магнитныймомент составил µeff =7.75 µB.Температурные зависимости намагниченности σ(Т) для соединенияTbMnGe0.5Ga0.5, измеренные в температурном интервале 80-290 К и в магнитныхполях до 6 kOe, показаны на Рис. 7. Их характер позволяет также предположитьналичие ферримагнитной составляющей намагниченности. Зависимость σ(T),измеренная при достаточно слабом поле Н=0.22 kOe (кривая 1), позволяет оценитьтемпературу перехода парамагнетизм-ферримагнетизм TС=100 K по точкеперегиба, соответствующей максимуму производной dσ/dT. С возрастаниемприложенного поля индуцируется заметный магнитный момент при температурахвыше TС (кривые 2, 3, 4).

В соединении TbMnGe0.5Ga0.5 нет непосредственныхконтактов между атомами Mn вдоль общих ребер тетраэдров MnX4, приводящих кобразованию антиферромагнитных цепочек. Pазличная ориентация тетраэдровMnX4 и уменьшение расстояния между атомами Mn приводят к ослаблениюотрицательного обменного взаимодействия между ними по сравнению с исходнымсоединением TbMnGe. За упорядочение при TС=100 K ответственна подсистема Tb.Изотермы намагниченности соединений DyMnGe0.5Ga0.5 и НoMnGe0.5Ga0.5характерны для антиферомагнитного упорядочения.В п.

3.4 описаны результаты исследований магнитных свойств соединенийна основе DyMn6Ge6: DyMn5CoGe6, DyMn5FeGe6, Dy0.8Sm0.2Mn6Ge6, DyMn6Ge5Si.Изотермы намагниченности, измеренные при 4.2 К, 150 K и 300 К для базовогосостава DyMn6Ge6 приведены на Рис.

8 (слева). Поведение кривых намагничиванияисходного соединения DyMn6Ge6 достаточно хорошо согласуется с магнитнойфазовой диаграммой, ранее построенной по нейтронографическим данным вобласти магнитных полей Н<60 kOe [4]. В нашей работе исследованиенамагниченности DyMn6Ge6 продолжено до более высокого значения внешнегополя H=140 kOe. При T=4.2 K происходит намагничивание в областисуществования конической спиральной структуры, при возрастании поляуменьшается угол θ между направлением магнитного момента блока Mn-Dy-Mn иосью с.

При 50 K<T<250 K, согласно магнитной фазовой диаграмме [4],соединение DyMn6Ge6 имеет плоскую спиральную структуру (θ=90°) в интервалезначений поля 0<H<≈50 kOe. При Н1=55 kOe на экспериментальной кривойнамагничивания (T=150 K) имеется излом, соответствующий разрушению плоской13спиральной структуры и переходу в ферримагнитную структуру. Изотерманамагниченности DyMn6Ge6, измеренная при Т=300 К, характерна дляферримагнитного упорядочения магнитных моментов при всех значенияхмагнитного поля. Общей особенностью всех полученных зависимостей являетсяотсутствие магнитного насыщения в сильных полях вплоть до максимальногоприложенного поля 140 kOe. По-видимому, такое поведение намагниченностиобусловленозначительноймагнитнойанизотропиейипроцессаминеколлинеарного вращения спинов.

Слабый полевой гистерезис, наблюдающийсяпрактически во всем интервале магнитных полей при 4.2 K, при комнатнойтемпературе исчезает. Заслуживает внимания тот факт, что намагниченностьDyMn6Ge6 при максимальном значении магнитного поля σ(Hmax) растет приувеличении температуры в интервале 4.2 -- 300 К. Такой рост можно объяснитьразрушением спиральной структуры с увеличением температуры и установлениемферримагнитного упорядочения магнитных моментов Dy и Mn.Температурная зависимость намагниченности σ(T) соединения DyMn6Ge6 вмагнитном поле Н=5.3 kOe представлена на Рис. 9.

Видно, что σ резко возрастаетниже ТN≈427 К, что можно объяснить переходом из парамагнитного состояния вантиферромагнитное. Можно предположить, что в данном соединении, как и вдругих соединениях R-Mn-Ge, за упорядочение при ТN ответственна подсистемамарганца. При дальнейшем понижении температуры происходит постепенноеупорядочение редкоземельной подсистемы с ориентацией ее магнитного момента впротивоположном направлении к магнитному моменту подсистемы Mn, чтоявляется причиной уменьшения результирующей намагниченности. При этом вDyMn6Ge6 последовательно реализуются сначала плоская, а затем коническаяспиральная структура [4], в которой имеется составляющая магнитного моментавдоль с-оси гексагональной структуры.Замещение одного атома Mn на атом Co приводит к существенномуизменению характера кривой намагничивания во всем исследованномтемпературном интервале (Рис 8, cправа).

Изотерма при 4.2 К для DyMn5CoGe6имеет сложный характер со значительным гистерезисом и двумя магнитнымифазовыми переходами при Н1=5 kOe и Н2 = 55 kOe, а также спонтаннойсоставляющей намагниченности. При комнатной температуре (T=300 K)намагниченность DyMn5CoGe6 прямо пропорциональна величине магнитного поля,причем при Н = 50 kOe наблюдается незначительное изменение угла наклонапрямой. Результаты измерений температурной зависимости намагниченности σ(T)в постоянном внешнем поле Н≈5.3 kOe (Рис. 9) позволяют предположить, что длясоединения DyMn5CoGe6 температура Нееля практически не отличается от еезначения для исходного DyMn6Ge6 и равна приблизительно 427 К, в то время кактемпература упорядочения РЗ подсистемы понижается на 100 К и составляетпримерно 280 К.Изменение характера поведения намагниченности соединения DyMn6Ge6 приразбавлении марганцевой подсистемы атомами кобальта и железа связано сизменениемвкладаврезультирующуюнамагниченностьмоментовредкоземельных атомов и моментов атомов 3d-металлов.

В твердых растворахDyMn5CoGe6 и DyMn5FeGe6 за счет заполнения 3d-зоны момент марганцевойподсистемы ослабляется, и при понижении температуры основной вклад внамагниченность вносит подсистема диспрозия. Можно предположить, что14DyMn6Ge6DyMn5CoGe6404063σ, emu/g420T=4.2 K30µ, µB/f.u.σ, emu/g554µ, µB/f.u.T=4.2 K3062032102101010020406080H, kOe100120014000204060100120140H, kOe4040806T=150 K5T=150 K30542034µ, µB/f.u.µ, µB/f.u.σ, emu/gσ, emu/g3062032102101010020406080100120014000H, kOe20406080100120140H, kOe404066T=300 K520354µ, µB/f.u.σ, emu/g4T=300 K30µ, µB/f.u.σ, emu/g30203210210100020406080H, kOe100120101400020406080100120140H, kOeРис.