Автореферат (1097684), страница 6
Текст из файла (страница 6)
25. Магнитострикция TmAl3(BO3)4 [15] вдоль оси a для В||c (значки) (a) ирассчитанные (линии) полевые зависимости моментов иона Tm3+: (a) – приT = 3-100 K: E αJ O22 ; (б) – при T = 3 K: αJ O22 (1), – βJ O42 (2), – βJ Ω41 (3),βJ O44 (4), – βJ O40 (5), αJ Ω21 (6), αJ O20 (7) и – βJ Ω43 (8).ЗАКЛЮЧЕНИЕГлавный результат диссертации заключается в расчете магнитных,магнитоупругих и спектроскопических характеристик соединений с 4f- и 3dионами чистых, замещенных и разбавленных составов в рамках единогоподхода, основанного на модели КП для РЗ иона и приближении молекулярногополя.
На основе полученных результатов расчетов проведена количественнаяинтерпретация большого массива экспериментальных данных и определеныактуальные параметры исследованных соединений.32Впервые проведенный расчет широкого спектра характеристик РЗ боратовRM3(BO3)4 (М = Al, Cr, Fe, Ga) (намагниченности, магнитной восприимчивости,магнитострикции, РЗ вклада в теплоемкость и тепловое расширение, электроннойструктуры основного мультиплета РЗ ионов и др.) позволил сделать следующиеосновные выводы:1.
Примененный в работе теоретический подход позволяет рассчитыватьтермодинамические характеристики РЗ боратов RM3(BO3)4 чистых, замещенныхи разбавленных составов с любыми редкими землями, поскольку учитываетиерархию взаимодействий и электронную структуру (энергетический спектр иволновые функции) РЗ иона.2. Количественнаяинтерпретацияэкспериментальныхданныхдлямагнитных, магнитоупругих и спектроскопических характеристик боратовRM3(BO3)4позволилаопределитьактуальныепараметрысоединений:параметры КП; значения обменных Fe-Fe и R-Fe полей; низкотемпературноерасщепление основного состояния РЗ иона вследствие f–d-взаимодействия;значения энергий штарковских уровней основного мультиплета РЗ иона;компоненты g-тензора основного состояния РЗ иона; константы анизотропииFe-подсистемы;парамагнитнуютемпературукоэффициенты,определяющиемагнитострикцию,расширенияпозволяющиеивоспроизвестиНеелядляFe-подсистемы;аномалииполевуюитепловоготемпературнуюзависимости магнитоэлектрической поляризации и др.3.
ЗамагнитнуюанизотропиюРЗферроборатовответственнокристаллическое поле, действующее на РЗ подсистему.4. Продемонстрировано,чторассмотрениеРЗподсистемыкакпарамагнитной, находящейся в КП тригональной симметрии и испытывающейвлияние Fe-подсистемы вследствие f–d-взаимодействия и действие внешнегомагнитного поля, дает возможность идентифицировать фазовые переходы вполе B||с в ЛО ферроборатах TbFe3(BO3)4, DyFe3(BO3)4, PrFe3(BO3)4 иHoFe3(BO3)4 как спин-флоп-переходы в Fe-подсистеме, сопровождаемыепереориентацией магнитного момента РЗ подсистемы вдоль направления поля.335.
В ЛП ферроборатах при намагничивании в базисной плоскости в полях,меньшихпримерно1.5Тл,обязателенучетдоменнойструктуры.При Вa 0.3-1 Тл спин-флоп-переход в одном из трех возможных доменов,являющихся следствием тригональной симметрии, обусловливает нелинейныйвид кривых намагничивания, характерный для фазового перехода первого рода,размытого в условиях реальной доменной структуры.6. Описаны спонтанный и индуцированный магнитным полем B||a спинпереориентационные переходы в HoFe3(BO3)4.
Показано, что спонтанный спинпереориентационныйЯна-Теллера.переходУстановлено,являетсячтомагнитнымколичественноеаналогомописаниеэффекташирокойсовокупности низкотемпературных термодинамических свойств HoFe3(BO3)4возможно только при учете локальной симметрии С2 окружения иона Ho3+.7. Учет анизотропного обменного Sm-Fe взаимодействия позволяетхорошо описать обнаруженную на эксперименте анизотропию кривыхнамагничивания SmFe3(BO3)4.8. Обнаруженные аномалии Шоттки на температурных зависимостяхтеплоемкости обусловлены вкладом РЗ подсистемы, изменение которого вмагнитномполеприводиткпредсказанномуиливсоответствиисэкспериментом сдвигу аномалии по температуре.9.
В РЗ хромоборатах интерпретированные (для R = Nd) и предсказанныеаномалии магнитных свойств близки к обнаруженным для ферроборатов.10. Квадрупольного приближения достаточно для описания характераповедения полевых зависимостей магнитострикции ферроборатов с R = Pr, Tb иDy при разных температурах. Для ферроборатов с R = Sm, Nd, Ho и Erнеобходим учет моментов больших порядков.11. Скачки мультипольных моментов РЗ ионов в ферроборатах с R = Pr, Nd,Sm, Tb, Dy, Ho и Er при спин-флоп-переходе в поле вдоль тригональной оси и вбазисной плоскости в одном из трех возможных доменов обусловливаютобнаруженные величины скачков магнитострикции. Подбор коэффициентов в34линейных комбинациях наибольших моментов для РЗ ионов, спектр и волновыефункции которых формируются КП и взаимодействием с Fe-подсистемой,позволяетколичественноописатьхарактерполевойитемпературнойзависимостей магнитострикции.12.
Показано,чтонаблюдаемоенаэкспериментеизменениезнакапродольной магнитострикции в HoFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4 обусловленоизменением знака наибольших мультипольных моментов ионов Но 3+ и Nd3+,описывающих конфигурацию электронного облака РЗ иона. Предсказаноизменение знака продольной магнитострикции ErFe3(BO3)4 для B||a вблизи 1.4 Тл.13. Низкотемпературные аномалии теплового расширения, обусловленныеизменением 4f электронной оболочки РЗ иона с понижением температуры,значительны и воспроизводят обнаруженные особенности для TmAl3(BO3)4 иHoFe3(BO3)4 и возможны для наблюдения в HoAl3(BO3)4 и TmAl2.5Sc0.5(BO3)4.14.
Диамагнитное разбавление РЗ подсистемы ЛО ферроборатов приводит кпереходу от ЛО структуры к ЛП структуре. Трансформация магнитной структурыобусловлена уменьшением ЛО вклада РЗ подсистемы в магнитную анизотропиюпри ее диамагнитном разбавлении иттрием и в случае PrxY1-xFe3(BO3)4 происходитчерезобразованиеугловоймагнитнойструктуры.ДляDyxY1-xFe3(BO3)4реализация и наблюдение спонтанного спин-переориентационного переходавозможны, для TbxY1-xFe3(BO3)4 из-за необходимости сильного разбавлениятербиевой подсистемы возможный эффект будет невыразителен.15.
Врезультатеконкуренцииразличныхвкладоввмагнитнуюанизотропию разбавленного PrxY1-xFe3(BO3)4 реализуется угловая фаза, котораяявляется новым (помимо ЛО и ЛП) возможным состоянием магнитнойподсистемы в семействе боратов. Единый теоретический подход позволилописать весь имеющийся богатый экспериментальный материал магнитныххарактеристик PrxY1-xFe3(BO3)4 (x = 1, 0.75, 0.67, 0.55, 0.45 и 0.25). Описанывпервые измеренные для ферроборатов температурные зависимости отклонениямагнитных моментов железа от оси с. Определены константы анизотропии35Fe-подсистемы. Описаны спин-переориентационные переходы, реализующиесяпри изменении как температуры, так и величины магнитного поля B||c.16. ПредложенныйвозможныйвариантпроцессовнамагничиванияNd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05-0.4) в слабых магнитных полях с реализациейугловой магнитной структуры позволил в деталях проанализировать поведениемагнитных моментов РЗ и Fe-подсистем и описать аномалии на кривыхнамагничивания при фазовых переходах от начальной во флоп-фазу.17.
Для объяснения необычных ступенчатых аномалий на Mс(В) некоторыхсоставов Nd1-xDyxFe3(BO3)4 и PrxY1-xFe3(BO3)4 сделано предположение овозможномформированииустойчивойвнебольшоминтервалеполейпромежуточной угловой фазы, в которой вектор антиферромагнетизмапринимает более близкое к базисной плоскости положение, чем в начальномсостоянии. В результате для всех исследованных концентраций полученосогласие теории и эксперимента для всей совокупности характеристик.18. Для Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 объяснено уникальное для ферроборатовслабоанизотропное поведение магнитных характеристик. Показано, что впредположении ЛП характера Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 удается хорошо описатькривые намагниченности для B > 1.2 Тл, но возникает существенноерасхождение теории с экспериментом для кривых восприимчивости при низкихтемпературах, которое можно устранить, предположив реализацию, начиная сВ=0,угловоймагнитнойфазы.
Предложенныйвариант процессовнамагничивания позволил в деталях проанализировать поведение магнитныхмоментов РЗ и Fe-подсистем и описать нелинейные низкотемпературныекривые Mс,с(В) и их эволюцию с ростом температуры.19. Для Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 описаны аномалии на кривых намагничиванияMс(В)приспин-флоп-переходе,температурныезависимостиначальноймагнитной восприимчивости, а также предсказано наличие низкотемпературнойаномалии типа Шоттки на кривой восприимчивости при B||с.3620. Рассмотрение конкурирующих вкладов РЗ и Fe-подсистем в полнуюанизотропию Nd1-xDyxFe3(BO3)4, Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4, Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 иHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 с учетом возможного существования трех типов доменов втригональном кристалле показало возможность описания обнаруженныханомалий на кривых восприимчивости c,c(T) ниже температуры Нееля.
ДляNd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.25) и Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 описанобнаруженныйспонтанныйспин-переориентационныйпереход,проявляющийся яркой аномалией на кривой c(T) и менее выраженной на c(T).21. Неожиданноеувеличениетемпературыспин-переориентационногоперехода в замещенном Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 (по сравнению с HoFe3(BO3)4)обусловлено расширением температурного диапазона устойчивости начальногонизкотемпературного состояния вследствие его изменения с ЛО (как вHoFe3(BO3)4) на угловое состояние.22.
Рассчитанный вклад РЗ подсистемы в теплоемкость Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4и Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 для В = 0 воспроизводит результаты эксперимента и даетвозможность понять степень ответственности составляющих РЗ вклада занаблюдаемые аномалии Шоттки и вид теплоемкости. Корректное описаниевклада РЗ подсистемы в теплоемкость TbFe3(BO3)4 и ErFe3(BO3)4 позволилопредсказать характер РЗ вклада в теплоемкость Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4.23. Обширноеисследованиеисравнениемагнитных,гигантскихмагнитоэлектрических, тепловых, магнитоупругих и спектроскопических свойствHoAl3(BO3)4, Ho1-хNdхAl3(BO3)4 и HoGa3(BO3)4 позволило сделать вывод обольшом влиянии на магнитоэлектрические свойства кристаллического поля.Проанализированы возможные причины уменьшения поляризации в HoGa3(BO3)4и Ho1-хNdхAl3(BO3)4.
Установлена важность измерения магнитоэлектрическойполяризации в TmAl2.5Sc0.5(BO3)4, поскольку это даст возможность лучше понятьхарактер взаимосвязи поляризации и магнитной анизотропии.24. Расчетполевыхитемпературныхзависимостеймультипольныхмоментов ионов Ho3+ и Tm3+ и определение коэффициентов в линейных37комбинацияхнаибольшихмоментовпозволяетколичественноописатьмагнитострикцию HoAl3(BO3)4 и TmAl3(BO3)4. Обнаруженные на экспериментесоотношения значений магнитострикции и электрической поляризации приразныхнаправленияхмагнитногополяобусловленыаналогичнымисоотношениями актуальных моментов для данных направлений поля.25. Показано, что в алюмоборатах RAl3(BO3)4 характер изменения с полем итемпературой наибольших мультипольных моментов РЗ иона находится вполномкачественномсогласиисэкспериментальнымизависимостямиэлектрической поляризации Pа(Ba,b, T).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
