Автореферат (1097684)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиДемидов Андрей АлександровичМАГНИТНЫЕ, МАГНИТОУПРУГИЕ И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕСВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ С 4f- И 3d-ИОНАМИЧИСТЫХ, ЗАМЕЩЕННЫХ И РАЗБАВЛЕННЫХ СОСТАВОВСпециальность 01.04.11 – физика магнитных явленийАвторефератдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукБрянск – 2016Работа выполнена на кафедре общей физики Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования«Брянский государственный технический университет»Научный консультант:Васильев Александр Николаевич,доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Московскийгосударственный университет имени М.В.Ломоносова», физический факультет,заведующий кафедрой физики низких температур и сверхпроводимости.Официальные оппоненты:Попов Александр Иванович,доктор физико-математических наук, профессор, ФГАОУ ВО «Национальныйисследовательский университет «Московский институт электронной техники»,факультет электроники и компьютерных технологий, профессор кафедры общейфизики.Москвин Александр Сергеевич,доктор физико-математических наук, профессор, ФГАОУ ВО «Уральскийфедеральный университет имени первого Президента России Б.Н.

Ельцина»,Институт естественных наук, заведующий кафедрой теоретической физики.Пастушенков Юрий Григорьевич,доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Тверскойгосударственный университет», физико-технический факультет, заведующийкафедрой физики конденсированного состояния.Ведущая организация:ФГБУН Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН.Защита состоится 16 февраля 2017 г. в 16:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.70 на базе Московского государственногоуниверситета имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, Москва,Ленинские горы, д.

1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективного пользованияфизического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский пр., д. 27) и в сетиInternet по адресу: http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-70/Автореферат разослан ____ ____________ 2016 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.70кандидат физико-математических наук, доцентА.И. Ефимова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемыисследования.Однойизактуальныхзадачсовременной физики магнитных явлений является исследование свойствредкоземельных (РЗ) магнитных материалов.

Среди РЗ соединений особенноважными и с практической, и с фундаментальной точек зрения являютсяматериалы на основе 4f- и 3d-элементов, поскольку они характеризуютсябольшим разнообразием физических свойств, а в ряде случаев демонстрируютгигантские эффекты. Повышение эффективности управления магнитными иэлектрическими свойствами таких материалов является одной из важных задачсовременной электроники. Изучение кристаллического поля (КП), обменного имагнитоупругого взаимодействий в 4f-3d соединениях позволяет решатьпроблемы, имеющие фундаментальное значение.Интересной представляется возможность исследования и сравнения свойствРЗ соединений в разных изоструктурных модификациях – с двумя магнитнымиподсистемами (4f и 3d) и с одной (4f).

Это позволяет выделить вклад каждой изподсистем в обнаруженных эффектах и способствует лучшему пониманиюмеханизмов спонтанных и индуцированных магнитным полем фазовыхпереходов, механизмов появления сильной магнитоэлектрической связи вмагнитоупорядоченных и парамагнитных материалах, природы магнитнойанизотропии, проблемы определения электронного спектра и волновыхфункций РЗ иона в магнитоупорядоченном кристалле и др.В качестве объектов исследования были выбраны тригональные РЗ боратыRM3(BO3)4 (R = Y, La-Lu; M = Al, Sc, Cr, Fe, Ga), привлекающие в последнеедесятилетие все большее внимание благодаря своим ярким физическимсвойствам и их большому разнообразию при различных комбинациях R- и Мэлементов [1, 2, 3].

Для боратов с двумя магнитными подсистемами RFe3(BO3)4(ферробораты) установлена их принадлежность к классу мультиферроиков [1,2]. Железная подсистема в ферроборатах упорядочивается антиферромагнитнопри ТN  30-40 К. РЗ подсистема подмагничена за счет f–d-взаимодействия и4дает значительный вклад в магнитную анизотропию соединения и ориентациюмагнитных моментов [2]. Бораты с одной магнитной подсистемой RAl3(BO3)4(алюмобораты) сочетают люминесцентные и ярко выраженные нелинейныеоптические свойства и, как недавно было установлено, обнаруживаютгигантские значения магнитоэлектрической поляризации, в разы превышающиеизвестные максимальные значения поляризации, в том числе и в ферроборатах[3].

Представляет большой интерес исследование новых боратов замещенных(смешанных) составовR1(1)x R (x2 ) M3 (BO3 )4 , обеспечивающих еще большееразнообразие обнаруживаемых эффектов [4], а в ряде случаев и их усиление [5].Бораты с двумя магнитными подсистемами (M = Fе или Cr) в областиупорядочения ведут себя как трехмерные антиферромагнетики, что даетвозможность при их изучении применять обычные теоретические подходы,например приближение молекулярного поля. В ферроборатах RFe3(BO3)4 сразными РЗ ионами реализуются разные магнитные структуры и расчетмагнитных, магнитоупругих и других характеристик в апробированной моделиКП для РЗ иона позволяет установить роль РЗ подсистемы в формированиимагнитного поведения.

Сравнение рассчитанныххарактеристик боратовRM3(BO3)4 с экспериментальными данными позволяет определить актуальныепараметры и анализировать их изменения как по РЗ ряду, так и междуизоструктурными модификациями.Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являлосьтеоретическое исследование магнитных, магнитоупругих и спектроскопическихсвойств соединений с 4f- и 3d-ионами чистых, замещенных и разбавленныхсоставов в рамках единого подхода.Задачами работы являлись: построениетеоретическогоподхода,отражающегоиерархиювзаимодействий и кристаллическую и магнитную структуру РЗ боратовRM3(BO3)4 (M = Al, Cr, Fe, Ga) чистых, замещенных и разбавленных составов наоснове апробированного подхода для случая чистых РЗ ферроборатов;5 определение параметров КП для РЗ ионов в структуре боратов RM3(BO3)4; расчет магнитных, магнитоупругих и спектроскопических характеристикв магнитоупорядоченной и парамагнитной фазах, а также анализ их аномалийпри спонтанных и индуцированных магнитным полем фазовых переходах;установление механизмов и описание фазовых переходов; расчет полевых и температурных зависимостей мультипольных моментовРЗ ионов, определение актуальных моментов и их сопоставление с полевыми итемпературными зависимостями электрической поляризации; расчет эффекта Зеемана в магнитном поле с целью сопоставленияособенностей спектра РЗ иона и термодинамических характеристик; количественная интерпретация экспериментальных данных и определениепараметров исследуемых соединений; сравнительный анализ исследованных свойств и их зависимости от типаосновного состояния РЗ иона, соединения и магнитного поля.Всоответствииспоставленнымизадачамивкачествеобъектовисследования были выбраны следующие соединения:1) РЗ бораты с двумя магнитными подсистемами: ферробораты RFe 3(BO3)4,разбавленныезамещенныеферроборатыRxY1-xFe3(BO3)4,ферроборатыхромоборатыNd1-xDyxFe3(BO3)4,RCr3(BO3)4,Tb1-xErxFe3(BO3)4,Sm1-xHoxFe3(BO3)4 и Ho1-xNdxFe3(BO3)4;2) РЗ бораты с одной магнитной подсистемой: алюмобораты RAl3(BO3)4,разбавленныйалюмоборатY0.65Nd0.35Al3(BO3)4,галлоборатHoGa3(BO3)4,замещенные алюмобораты Ho1-хNdхAl3(BO3)4 и TmAl3-xScx(BO3)4.Всего с учетом концентраций исследовано 34 состава РЗ боратов.Научная новизна и защищаемые результаты.

Впервые проведенырасчеты магнитных, магнитоупругих и спектроскопических характеристиксоединений с 4f- и 3d-ионами чистых, замещенных и разбавленных составов врамках единого подхода, основанного на модели КП для РЗ иона иприближении молекулярного поля, а также количественная интерпретацияэкспериментальныхданныхиопределениепараметровисследованных6соединений.Конкретнаянаучнаяновизнадиссертационнойработыопределяется следующими основными результатами, выносимыми на защиту: развитиетеоретическогоподхода,позволяющегорассчитыватьтермодинамические характеристики РЗ боратов RM3(BO3)4 (M = Al, Cr, Fe, Ga)чистых, замещенных и разбавленных составов с любыми редкими землями; рассчитанные кривые намагничивания боратов с двумя магнитнымиподсистемами в упорядоченной и парамагнитной областях в широкомтемпературном диапазоне:1) ферроборатов RFe3(BO3)4 с R = Y, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Ho и Er;2) разбавленных ферроборатов PrxY1-xFe3(BO3)4 (x = 0.75, 0.67, 0.55, 0.45, 0.25) иRxY1-xFe3(BO3)4 (R = Dy и Tb);3) хромоборатов RCr3(BO3)4 с R = Nd, Tb и Dy;4) замещенных ферроборатов Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.25, 0.4),Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4, Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 и Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4; рассчитанные кривые намагничивания боратов с одной магнитнойподсистемой:1) алюмоборатов HoAl3(BO3)4, TmAl3(BO3)4 и ErAl3(BO3)4;2) разбавленного алюмобората Y0.65Nd0.35Al3(BO3)4;3) галлобората HoGa3(BO3)4;4) замещенных алюмоборатов Ho1-хNdхAl3(BO3)4 (х = 0.2, 0.5) и TmAl2.5Sc0.5(BO3)4; рассчитанныетемпературныезависимостиначальноймагнитнойвосприимчивости вдоль основных кристаллографических направлений; описаниеаномалий типа Шоттки и сопоставление их со спектроскопической информациейдля указанных боратов с одной и двумя магнитными подсистемами; установленныемеханизмыиописаниефазовыхпереходов,индуцированных внешним магнитным полем, для боратов с двумя магнитнымиподсистемами; описание спонтанного спин-переориентационного перехода вHoFe3(BO3)4, Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.25) и Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4;7 описаниеипредсказаниетрансформациимагнитнойструктурывразбавленных ферроборатах; результаты расчета вклада РЗ подсистемы в теплоемкость RM3(BO3)4; рассчитанные полевые и температурные зависимости мультипольныхмоментов РЗ ионов; анализ применимости квадрупольного и мультипольногоприближений и описание магнитострикции ферроборатов RFe3(BO3)4 с R = Pr,Nd, Sm, Tb, Dy, Ho, Er и алюмоборатов RAl3(BO3)4 с R = Ho и Tm; описание ипредсказание аномалий теплового расширения; определенные актуальные мультипольные моменты РЗ ионов и ихсопоставление с полевыми и температурными зависимостями электрическойполяризации для боратов с одной магнитной подсистемой; успешноесравнениеспектроскопическихрассчитанныххарактеристиксмагнитных,магнитоупругихэкспериментальнымиданнымиииопределенные актуальные параметры боратов RM3(BO3)4.Достоверностьиспользованиемполученныхапробированныхрезультатовтеоретическихработыподтверждаетсямоделей,современныхчисленных методов и согласием полученных теоретических результатов сэкспериментальными данными.Теоретическаяипрактическаязначимостьработы.Результатыпроведенного теоретического исследования позволяют в едином подходеописатьбольшуюмагнитоупругих,совокупностьособенностеймагнитоэлектрическихиповедениямагнитных,спектроскопическихсвойствсоединений с 4f- и 3d-ионами чистых, замещенных и разбавленных составов.В рамках развитых в диссертации представлений объяснен большой массивэкспериментальных данных, некоторые аномалии исследованных характеристикпредсказаны и затем экспериментально обнаружены.Практическая значимость работы заключается в возможности примененияполученных результатов для эффективного управления физическими свойствамисоединений с 4f- и 3d-ионами с помощью внешнего магнитного поля,8температуры и замещений в R- и М-подсистемах, что в конечном счете будетспособствовать созданию приборов, основанных на взаимном контролемагнитных, электрических и деформационных состояний.Работа выполнялась при финансовой поддержке трех грантов ПрезидентаРФ(МК-4393.2006.2(руководитель),МК-497.2010.2(руководитель)иМК-1700.2013.2), проектов РФФИ (№ 13-02-12442 офи_м2, № 12-02-31007мол_а (руководитель) и № 09-02-90720-моб_ст), Международного научнотехнического центра (МНТЦ-3501) и гранта Губернатора Брянской области(№ 3, 2011 г.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации