Автореферат (1097684), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

1. Для разбавленных и замещенныхсоставов актуальные параметры приведены в главах 4 и 5.В целом представленные в табл. 1 параметры, характеризующие Fe-Feантиферромагнитное взаимодействие (1 и 2), и соответствующие им значенияобменных полей (Bdd1 и Bdd2) мало различаются по РЗ ряду.25Табл. 1.

Параметры ферроборатов RFe3(BO3)4: Bdd1 (внутрицепочечное Fe–Fe),Bdd2 (межцепочечное Fe–Fe) и Bfd – низкотемпературные значения обменныхполей, соответствующих молекулярным константам 1, 2 и fd; М0 = 15B –магнитный момент Fe в расчете на одну формульную единицу; fd –низкотемпературное расщепление основного состояния иона R3+ вследствиеf–d-взаимодействия; BSR – поле спин-переориентационного перехода (в скобкахприведена величина скачка намагниченности); gс и gc – компоненты g-тензораосновного состояния РЗ иона; TN – температура Нееля;  – парамагнитнаятемпература Нееля для Fe-подсистемы.RМагнитноесостояниеBdd1 = 1M0, Тл1, Тл/µBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µBBfd =fdM0, Тлfd, Тл/µBΔfd  B g |  fd | M 0 ,см-1 ВSR, Тл(M, В)(T = 2 K)NdSmTbDyHoErYЛОЛПЛПЛОЛОЛОЛПЛПЛП43.2–3.3529–2.2511.5–0.8558–3.8727–1.87.1–0.4759–3.9331–2.148–3.255.5–3.726–1.733.9–0.2653–3.5328–1.873.3–0.2262.5–4.1626–1.731.3–0.0965.5–4.3736–2.453.58.813.2324.6(1)В||cВcTN, KКомпонентыg-тензора, КPrgсgc3.5 (9)(4.2 K)0.71(0.05) (0.02)30.5-32 31322.60.594.5310.25–133 –130 –125400.217.86–12068–4.5326–1.733.49–0.2310.6(ЛО)199.7(ЛП)2.8 (7)0.56(4.2 K) (0.75)0.94(0.4)3937.42136.5–180–210 5.70.3(0.01)3810.61.2–1450.55(0.04)37-38–130Однако ряд отличительных особенностей для HoFe3(BO3)4 (наличие спинпереориентационного перехода) и SmFe3(BO3)4 (определенное в экспериментебольшое расщепление основного дублета иона Sm3+ при малом значениикомпоненты g–тензора gа) приводят к заметно отличающимся от других РЗионов параметрам.

Например, для SmFe3(BO3)4 обменное поле Bfd значительнопревышает аналогичные значения в других ферроборатах. Слабоанизотропныеионы Pr3+, Nd3+ и Sm3+, по сравнению с Tb3+, Dy3+ и Er3+, испытывает заметнобольшееподмагничивающееполеBfdсостороныFe-подсистемы.Прослеживается уменьшение поля Bfd при переходе от празеодима к эрбию.Наличиедвухобменныхпараметров1 (связан с внутрицепочечнымвзаимодействием) и 2 (связан с межцепочечным взаимодействием), является26следствием рассмотрения магнитных свойств соединений с цепочечнойструктурой в приближении молекулярного поля.В седьмой главе рассмотрены магнитные и магнитоэлектрическиесвойства чистых и замещенных боратов с одной магнитной подсистемой.

Приинтерпретации экспериментальных данных определены параметры КП для РЗионов в исследованных боратах. Описаны температурные (3–300 К) и полевые(до 9 Тл) зависимости намагниченности (рис. 17-19). Проведен расчет эффектаЗеемана в сильных полях (до 200 Тл) при В||,с с целью исследовать возможные60.640303Mc2100-10Mc -201HoAl3(BO3)402B||cBc0246B, Tл2958Mc,c, B/форм. ед.5Ho0.8Nd0.2Al3(BO3)4Ho0.5Nd0.5Al3(BO3)420McT =3K1Y0.65Nd0.35Al3(BO3)4024B, Tл60.20.08Рис. 17.

Кривые намагничиванияHoAl3(BO3)4 при Т = 3 K. Значки –экспериментальные данные [A18],линии – расчет. На вставке – эффектЗеемана (приведены 6 нижних уровнейосновного мультиплета иона Ho3+).3cMc80.0HoAl3(BO3)4c0.24 B, Tл 64c0.40.420E, cм-140c,c, B/форм. ед.Mc,c, B/форм. ед.T =3K50.605101520c050100150T, K200250Рис. 18. Температурные зависимостинамагниченности Mс,с(Т) HoAl3(BO3)4при В = 0.1 Тл. Значки – экспериментальные данные [A18], линии – расчет.На вставке – низкотемпературнаяобласть зависимостей Mс,с(Т).Рис.

19. Кривые намагничиванияHo1-хNdхAl3(BO3)4 (х = 0.2, 0.5) иY0.65Nd0.35Al3(BO3)4 для B||c и Bспри Т = 3 К. Значки –экспериментальные данные [A24],линии – расчет.27эффекты, связанные с взаимодействием энергетических уровней иона Но 3+ вмагнитном поле (кроссовер), которые дают ценную информацию о КП.Например, в парамагнитных цирконах RХO4 (Х = P, V) кроссоверы встречаютсяпочти для всех РЗ ионов и сопровождаются яркими магнитными аномалиями намагнитных характеристиках [12, 13]. Аналогичные эффекты ожидаются и впарамагнитных боратах RM3(BO3)4. Например, в TmAl3(BO3)4 для В||c иТ = 4.2 К вблизи В = 90 Тл имеет место кроссовер, результатом которогоявляется большой скачок ( 5B) на Mс(B).Рассчитанный вклад Ho-подсистемы в теплоемкость НоAl3(BO3)4 (рис.

20) сучетом(сплошныелинии)ибезучета(штриховые)сверхтонкоговзаимодействия предсказал наличие и сдвиг в область более высокихтемператур при B||c аномалии Шоттки, обусловленной перераспределениемнаселенностей двух нижних уровней основного дублета иона Ho3+. Проведенныепозднее измерения теплоемкости НоAl3(BO3)4 [A19, A20] подтвердили наличие иособенности поведения в поле В||c предсказанных аномалий.

Анализ ролисверхтонкого взаимодействия позволил определить степень его влияния намагнитные характеристики и предсказать низкотемпературные аномалии накривых теплоемкости HoAl3(BO3)4 (рис. 20) и галлобората HoGa3(BO3)4.HoAl3(BO3)4B||cCHo, Дж/моль К8.64B=0B = 0.5 TлB = 3 Tл200246Рис.20.ТеплоемкостьСp(Т)HoAl3(BO3)4 при Вc = 0, 0.5 и 3 Тлдля T = 2 - 20 K [A19, A20] ирассчитанный вклад Но-подсистемыв теплоемкость СНо(Т) с учетом(сплошные кривые) и без учета(штриховые)сверхтонкоговзаимодействия.8 10 12 14 16 18T, KТакже в главе 7 предпринята попытка описать полевые зависимостигигантской магнитоэлектрической поляризации P(B), в частности, предсказатьхарактер зависимости P(B) в неисследованных диапазонах полей и температур,28а также в неисследованных соединениях. Учитывая установленную корреляциюмагнитоэлектрических и магнитоупругих свойствRM3(BO3)4 [2], былирассчитаны полевые и температурные зависимости мультипольных моментов РЗионов и проведено их сравнение с зависимостями P(B, Т).

Из рис. 21, 22 видно,что и чистых, и в замещенных RM3(BO3)4 характер изменения с полем итемпературой наибольших мультипольных моментов РЗ иона находится вполном качественном согласии с зависимостями Pа(Ba,b, T). Из сравнениярасчетов и эксперимента проведена оценка коэффициентов, позволяющихколичественно описать Pа(Ba,b, T).

Проанализированы возможные причиныуменьшения поляризации в HoGa3(BO3)4 и Ho1-хNdхAl3(BO3)4. Обширноеисследование и сравнение магнитных, гигантских магнитоэлектрических,тепловых, магнитоупругих испектроскопических свойствHoAl3(BO3)4,505К151030(a)5010010050б30-2020-30152 (a)501000100-2 (б)5030-420B||b-40030200-50204Pa, 102 мкКл/м2Pa, 102 мкКл/м220-1015B||aB||a301065К4010HoAl3(BO3)424B, Tл-6TmAl3(BO3)45К615B||b5К801234B, Tл567Рис. 21.

Экспериментальные (значки) полевые зависимости продольнойPаа(Bа) (а) и поперечной Pab(Bb) (б) электрической поляризации НоAl3(BO3)4[A18] (слева) и TmAl3(BO3)4 [14] (справа) и рассчитанные (линии) полевыезависимости актуальных моментов иона Но3+ в НоAl3(BO3)4 (слева) и иона Tm3+в TmAl3(BO3)4 (справа) для B||a (а) и B||b (б) при T = 5-100 K.291503К25105К201015B||a1510020B||a3020550100010050-5-10(б)3015-20-300(a)60100010050-50 (б)3020-15-255030(a)Pa, мкКл/м2Pa, 102 мкКл/м210B||bB||b10Ho0.8Nd0.2Al3(BO3)4220-1004B, Tл5К68ErAl3(BO3)4-1500101233К4B, Tл567Рис. 22.

Экспериментальные (значки) полевые зависимости продольнойPаа(Bа) (а) и поперечной Pab(Bb) (б) электрической поляризацииHo0.8Nd0.2Al3(BO3)4 (слева) [A24] и ErAl3(BO3)4 (справа) [14] и рассчитанные(линии) зависимости актуальных моментов иона Но 3+ в Ho0.8Nd0.2Al3(BO3)4(слева) и иона Er3+ в ErAl3(BO3)4 (справа) для B||a (а) и B||b (б) при T = 3, 5-100 K.Ho1-хNdхAl3(BO3)4 и HoGa3(BO3)4 позволило сделать вывод о большом влияниина магнитоэлектрические свойства кристаллического поля и его изменения.Предсказано поведение гигантской магнитоэлектрической поляризацииHoAl3(BO3)4 и TmAl3(BO3)4 в больших магнитных полях, в которых измеренияеще не проведены.

Систематизация и анализ данных о максимальных величинахмагнитоэлектрической поляризации позволила установить важность измеренияP(B, Т) в TmAl2.5Sc0.5(BO3)4, поскольку это даст возможность лучше понятьхарактер взаимосвязи поляризации и магнитной анизотропии.Восьмая глава посвящена теоретическому исследованию особенностейповедения кривых магнитострикции и теплового расширения алюмоборатовRAl3(BO3)4 (R = Tm и Ho) и TmAl2.5Sc0.5(BO3)4. Расчет полевых и температурныхзависимостей мультипольных моментов ионов Ho3+ и Tm3+ и определение30коэффициентов в линейных комбинациях наибольших моментов позволиликоличественно описать магнитострикцию HoAl3(BO3)4 (рис.

23, 24) и TmAl3(BO3)4(рис. 25). Для HoAl3(BO3)4 показано, что для направления поля B||c немонотонныйхарактер магнитострикции вдоль оси a определяется полносимметричнымимоментами, главный из которых βJ O40 (рис. 23б). Для B||a и B||b наибольшимимоментами являются βJ O42 и αJ O22 (рис. 24). Они имеют противоположныезнаки при B||a и B||b и их изменение с полем и с температурой хорошо объясняетвид и противоположные знаки при B||a и B||b магнитострикции. Установлено, чтобольшее значение магнитострикции a/a при B||b, чем при B||a, и большеезначение магнитострикции для поля в базисной плоскости, чем при B||с,обусловлено большими изменениями в поле актуальных моментов.8(a)2a(Ba)/a(0), 105a(Bc)/a(0), 1044100-2T=3KB||c-4HoAl3(BO3)4-60T=3K-1246Bc, Tл8Рис.23.(a)МагнитострикцияHoAl3(BO3)4 [3] вдоль оси a кристалладля В||c при T = 3, 10 K.(б) Полевые зависимости актуальногомомента иона Ho3+ в HoAl3(BO3)4 дляВ||c при T = 3, 10 K.15B||a204302501001234B, Тл5675030100-42015-65HoAl3(BO3)4-810B||b-1001056-2 (б)a(Bb)/a(0), 105J<O04>, 10-310(a)000(б)1T=3KT=3K001224346B, Tл586107Рис.

24. Магнитострикция НоAl3(BO3)4[3] вдоль оси a кристалла (значки) ирассчитанные(линии)полевыезависимости актуальных моментовиона Но3+ в НоAl3(BO3)4) для B||a (а) иB||b (б) при T = 3-100 K.31Для TmAl3(BO3)4 наибольшим моментом является αJ O22(рис. 25б),температурная и полевая зависимости которого хорошо воспроизводяттемпературную и полевую зависимости продольной магнитострикции (рис. 25а).Низкотемпературные аномалии теплового расширения, обусловленныеизменением конфигурации 4f электронной оболочки РЗ иона с понижениемтемпературы, описаны для TmAl3(BO3)4 и предсказаны для HoAl3(BO3)4 иTmAl2.5Sc0.5(BO3)4, причем в случае TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 ожидаемые аномалии0L(Ba)/L(0), 10-510060(a)-240-420-6TmAl3(BO3)4012T=3K34Ba, Tл56Мультипольные моменты, 10-2более ярко выражены, чем в TmAl3(BO3)4.08 76(б)4-252T=3K-4-6031TmAl3(BO3)41234Ba, Tл56Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации