Диссертация (1097575), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Возможно, в этойсистеме наибольшая степень беспорядка в октаэдрической позиции, которуюзанимают атомы индия и скандия, что затрагивает также медные цепочки.При высоких температурах магнитная восприимчивость подчиняется законуКюри – Вейсса χCW = χ0+C/(T – Θ). Однако, уже приблизительно при 200 К во всехисследованных образцах развиваются сильные антиферромагнитные корреляции,которые проявляются как отклонение вниз от линейной зависимости (χ - χ0)(Т -Θ), как показано на вставке рисунка 6.18.
Экспериментально определенныезначения параметров температурно - независящего вклада χ0, температуры ВейссаΘ и константы Кюри – Вейсса C представлены в Таблице 6.3. Температурно –независящий вклад χ0 несколько отличается от суммы констант Паскаля χdiam[156], что может быть связано с ван – флековским вкладом ионов Cu2+. С ростомсодержания скандия, χ0 несколько уменьшается, что, по – видимому, связано с285уменьшениемслагаемогоχdiam.КонстантаКюри,котораяопределяетконцентрацию магнитных центров и их g – факторы C = NAg2μB2S(S+1)/3kB такжеуменьшается с ростом содержания скандия, что свидетельствует об уменьшенииусредненного значения g- фактора от 2.17 до 2.05. В то время как температураВейсса Θ во всех исследованных соединениях положительна и растет от 59 К вBa3Cu3In3ScO12 до 70 К Ba3Cu3Sc4O12.
В целом, температура Вейсса представляетсобой сумму параметров всех обменных магнитных взаимодействий в системе(формула 2.15). Ее увеличение отражает рост энергетики обменных магнитныхвзаимодействий и находится в прямом соответствии с увеличением температурымагнитного упорядочения в ряду Ba3Cu3(In4-xScx)O12 при увеличении х. Это можетбыть связано с уменьшением расстояний между атомами меди внутри бумажныхцепочек и между цепочками.Полевые зависимости намагниченности М, измеренные в системе Ba3Cu3(In4xScx)O12при Т = 2 К показаны на рисунке 6.19.
Во всех исследованныхсоединениях в полях до 9 Т достигается полное насыщение. Величина моментанасыщения уменьшается с ростом содержания скандия, как показано в Таблице6.4. Это хорошо согласуется с зависимостями χ(Т), при обработке которых былоустановлено уменьшение g – фактора с ростом x.
Тогда как момент насыщенияопределяется как MS = ngSµB, где n – число магнитных центров в формульнойединице. Теоретические и экспериментальные значения момента насыщения длявсех исследованных соединений приведены в Таблице 6.4 и находятся в хорошемсогласии между собой. Все исследованные зависимости M(В) демонстрируютпрогиб в полях менее 3 Т.
Однако, нужно заметить, что для всех образцовBa3Cu3(In4-xScx)O12 (x > 0) производные кривых намагничивания содержат толькотри аномалии в отличие от Ba3Cu3In4O12. Производная типичной кривойнамагничивания в этом семействе для Ba3Cu3Sc4O12 показана на рисунке 6.20.286M (μB/f.u.)321003B(T)69Рисунок 6.19. Кривые намагничивания семейства соединений Ba3Cu3In4-xScxO12,измеренные при Т = 2 K. Момент насыщения уменьшается в ряду соединенийBa3Cu3In3Sc1O12, Ba3Cu3In2Sc2O12, Ba3Cu3In1Sc3O12 и Ba3Cu3Sc4O12.Таблица 6.4. Параметры магнитной подсистемы в соединенияхBa3Cu3(In4-xScx)O12, полученные из обработки температурных и полевыхзависимостей намагиченности.СоединениеBa3Cu3In3ScO12Ba3Cu3In2Sc2O1TN(K)14.214.2g - факторMS теорет.(μB)2.172.133.263.20MS эксперимент.(μB)3.213.1115.116.42.112.053.173.082.962.892Ba3Cu3InSc3O12Ba3Cu3Sc4O12287B1=2.4 TB2=5.8 T0.6-8dM/dB 10 (emu/mol*T)0.9B3=7.8 T0.30.00369B (T)Рисунок 6.20. Производная кривой намагничивания в Ba3Cu3Sc4O12, измереннаяпри Т = 2 К.Возможно, что при намагничивании систем Ba3Cu3(In4-xScx)O12 формируютсянеколлинеарные фазы перед выходом на полное насыщение.
Сводная диаграммавариации температуры Нееля и критических полей в семействе Ba3Cu3(In4-xScx)O12приведена на рисунке 6.21. Видно, что в системе Ba3Cu3(In4-xScx)O12 с ростом хнаблюдается монотонное увеличение основных магнитных параметров, то естьтемпературы Нееля и поля полного насыщения намагниченности.Для системы Ba3Cu3Sc4O12 были выполнены также измерения кривыхнамагничивания при разных температурах, представленные на рисунке 6.22, дляустановления магнитной фазовой диаграммы соединения, приведенной нарисунке 6.23.
В целом, границы полученной диаграммы совпадают с даннымиработы [329].288815B3610TN (K)4B (T)B250B1 201234XРисунок 6.21. Изменение температуры Нееля (TN), полей спин - флоп (B1) и спин лип (B2, B3) переходов в семействе соединений Ba3Cu3In4-xScxO12.M (μB/f.u.)33K5K7K9K11 K13 K15 K17 K2100369B(T)Рисунок 6.22 Кривые намагничивания Ba3Cu3Sc4O12, измеренные при различныхтемпературах.2898B3PMB (T)6B2AF34AF2B12AF1003691215T (K)Рисунок 6.23. Магнитная фазовая диаграмма Ba3Cu3Sc4O12. На диаграммеотмечены области существования парамагнитной фазы (PM), антиферромагнитно– упорядоченной фазы в нулевом поле (AF1), а также две фазы AF2 и AF3,которые формируются в магнитоупорядоченном состоянии при приложениивнешнего магнитного поля.Как упоминалось ранее, для Ba3Cu3Sc4O12 был обнаружен большой факторДебая – Валлера для позиции Cu2.
Этот фактор отражает среднеквадратичноесмещение атома меди из плоскости плакетки. Наличие такой мягкой моды можетприводить к довольно большой величине диэлектрической проницаемости, какпоказано на рисунке 6.24. Все измеренные зависимости ε(Т) содержат максимум винтервале 120 – 150 К, температура которого понижается при уменьшениичастоты перехода, что свидетельствует о стекольной природе290ln f12,075101000 Hz5000 Hz10000 Hz20000 Hz98712,0500,00700,00750,0080-1ε/ε01/T, K12,02512,00011,975100120T, K140160Рисунок 6.24. Температурные зависимости диэлектрической проницаемостиBa3Cu3Sc4O12, измеренные при различных частотах. На вставке представленазависимость частоты максимума от обратной температуры.перехода.
На вставке представлена зависимость частоты от обратной температурыаномалии, которая указывает на экспоненциальную зависимость. Претендентомна источник такого перехода может быть вымерзание позиции Cu2, подобновымерзанию одной из позиций лития в Li2CuZrO4.ТемпературныезависимостидиэлектрическойпроницаемостивBa3Cu3In4O12, представлены на рисунке 6.25.
Величина диэлектрическойпроницаемости в Ba3Cu3In4O12 двукратно превышает соответствующую величинудля скандиевого соединения. Возможно, это связано с наличием двух позиций сбольшими факторами Дебая – Валлера Cu1 и Ba1 в индиевом соединений.Вымерзание этих колебаний происходит приблизительно в том же интервалетемператур.29124.5lnf25.024.0ε/ε023.523.08.58.07.57.06.56.00.0065 0.0070 0.0075 0.0080500 Hz1000 Hz2000 Hz5000 Hz10000 Hz20000 Hz-11/T (K )22.522.021.580160T (K)Рисунок 6.25. Температурные зависимости диэлектрической проницаемостиBa3Cu3In4O12, измеренные при различных частотах. На вставке представленазависимость частоты максимума от обратной температуры.292ЗАКЛЮЧЕНИЕСуммируярезультатыпроведенныхисследованийнизкоразмерныхмагнетиков можно сделать следующие выводы:- Установлено синглетное основное состояние в двух квазиодномерныхсоединениях, Na2Cu2Si4O11·2H2O и Na2Cu2Si4O11.
Величина энергетической щелизависит от количества молекул H2O в микропористой структуре, обеспечиваяуникальную возможность для подстройки этого параметра за счет вариациисодержания воды;- Обнаружено плато 3/5 на кривой намагничивания в антиферромагнетикеNa2Cu5Si4O14.Егоприсутствиесвязываетсясособенностямиповеденияпятикратно – альтернированной цепочки катионов меди;- Установлены основные свойства спин - димерной подсистемы в BaVSi2O7,то есть масштаб внутри- и междимерных обменных взаимодействий.
Обнаружениндуцированный магнитным полем синглет - триплетный переход. Проведеносопоставление параметров t2g - системы BaVSi2O7 и eg – системы в BaCuSi2O6;-УстановленоформированиеантиферромагнитногосостояниявCu(NO3)2·H2O при TN = 3.25 К. Спин-флоп и спин-флип превращения описываютэволюцию антиферромагнитной подсистемы Cu(NO3)2·H2O, подрешетки которойпринадлежат различным слоям;-УстановленRb3Ni2(NO3)7присвидетельствуютпереходTNо=в4.1антиферромагнитноеК.сосуществованиисостояниеТермодинамическиедальнегосистемыхарактеристикимагнитногопорядкасантиферромагнитными димерами на спине S = 1 с Δ = 5.5 К;- Обнаружено формирование ближнего Tmax ~ 105 K и дальнего магнитногопорядка TN = 0.58 K в нитратокупрате нитрозония (NO)[Cu(NO3)3].
Топологиямагнитных взаимодействий в этом соединении позволяет описывать его моделью“флага конфедерата”;- Обнаружено формирование ферримагнитного состояния в Ni(NO3)2 при TC= 5.5 K. Расположение ионов никеля в структуре отвечает модифицированной293антиферромагнитной решетке кагоме, конкуренция магнитных обменов в которойприводит к формированию неколлинеарной магнитной структуры;- Обнаружен слабый ферримагнетизм в ортофосфате хрома α-Cr3(PO4)2 приTC = 29 K. Обнаружено многократное обращение намагниченности стемпературой в магнитоупорядоченном состоянии этого соединения;- Установлено сосуществование ближнего и дальнего порядка в системеCu2As2O7. Ближний порядок обусловлен альтернированием изолированныхмагнитных цепочек.
Формирование дальнего антиферромагнитного порядка всистеме при TN = 13 К происходит за счет межцепочечных обменныхвзаимодействий;- Установлена магнитная фазовая диаграмма Li2CuZrO4. В этом соединенииимеет место сосуществование активных электрической и магнитной подсистем.ПриTN=6.8Kсистемапереходитвсостояниедлиннопериодногонесоизмеримого геликоида;- Установлены температуры формирования дальнего магнитного порядка вAgFeO2, отвечающих различным магнитным конфигурациям при T1 = 7 К и T2 =15 К.
Приложение магнитного поля сопровождается последовательностьюметамагнитных превращений;- Установлены магнитные характеристики и построена магнитная фазоваядиаграмма системы Ba3Cu3(In4-xScx)O12 (х = 0 - 4). Предложена модель квантовогоосновного состояния в Ba3Cu3In4O12 как системы трех взаимноортогональныхантиферромагнитных решеток.294СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.Moreira dos Santos A., Amaral V.S., Brandao P., Almeida Paz F.A., Roch J.,Ferreira L.P., Godinho M., Volkova O., Vasiliev A. Singlet ground state determined byisolated Cu2+ chain topology in microporous Na2Cu2Si4O11⋅2H2O and Na2Cu2Si4O11 //Phys. Rev.
B. -2005.-Vol.72.-P. 092403-1-4.2.Drechsler S.–L., Volkova O., Vasiliev A.N., Tristan N., Richter J., Schmitt M.,Rosner H., Malek J., Klingeler R., Zvyagin A.A., Büchner B. Frustrated cuprate routefrom antiferromagnetic to ferromagnetic spin – ½ Heisenberg chains: Li2CuZrO4 as amissing link near the quantum critical point // Phys. Rev. Lett.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
