Диссертация (1097685), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Звягиной с соавторами фазовые диаграммы для ферроборатовNd1-xDyxFe3(BO3)4 имеют достаточно сложную структуру и характеризуются наличиемнескольких линий фазовых переходов и соответственно нескольких магнитных фаз [151, 153,155, 156]. По мнению авторов, такие сложные фазовые диаграммы могут быть обусловлены,43например, взаимодействием между несколькими магнитными подрешетками кристалла, т.е.соединенияNd1-xDyxFe3(BO3)4нужнорассматриватькакмногоподрешеточныйантиферромагнетик.В работе [157] изучено влияние замещения ионов Nd3+ ионами Dy3+ на резонансныесвойства Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4. При помощи метода АФМР обнаружен магнитный спинпереориентационный фазовый переход “легкая ось–легкая плоскость”, обусловленныйконкурирующими обменными Nd–Fe и Dy–Fe взаимодействиями, и изучены частотно-полевыезависимости спектра АФМР до и после фазового перехода.
Показано, что при T = 4.2 К вдольнаправления Н||с обнаруженные резонансные спектры являются модами АФМР железа, а ихчастотно-полевые зависимости соответствуют легкоосной (Н < 15 кЭ) и легкоплоскостной(Н > 16 кЭ) магнитным структурам с энергетической щелью возбуждения магноновсоответственно 77.2 и 100.3 ГГц. Величины эффективной магнитной анизотропии,формирующие эти щели, равны соответственно 0.7 и 1.2 кЭ.Авторский коллектив работы [141] в расширенном составе в [143] исследовал магнитныеимагнитоэлектрическиесвойствазамещенногоферроборатаTb0.25Er0.75Fe3(BO3)4сконцентрацией, выбранной их предполагаемого условия равенства вкладов в анизотропию отдвух РЗ подсистем. Обнаружены скачки электрической поляризации, магнитострикции инамагниченности при спин-флоп-переходе для H||c.
В рамках простой модели, учитывающейанизотропию g-факторов и обменного расщепления основных дублетов ЛО иона Tb3+ и ЛПиона Er3+, установлено, что магнитоэлектрические и магнитострикционные явления при спинфлоп-переходах определяются в основном Tb-подсистемой. Магнитные характеристики,измеренные в работе [143], подробнее проанализированы и описаны в §6.1.Авторы работ [142, 145] исследовали магнитные и магнитоэлектрические свойствазамещенных ферроборатов Ho1-xNdxFe3(BO3)4 (x = 0.5 [142] и 0.75 [145]).
В каждом составеобнаружены спин-переориентационные переходы между ЛО и ЛП состояниями приTSR 9 К (x = 0.5) и 4.8 К (x = 0.75). Измерения теплоемкости показали наличие яркой аномалийдля каждого состава при TSR. На основе подробных исследований температурных и полевыхзависимостей магнитной восприимчивости авторы представили фазовые Т-Н диаграммы приН||a и Н||с. Следует обратить внимание, что обнаруженные значения температур TSR несогласуются с простым пониманием сложения вкладов от ЛО (гольмиевой) и ЛП (неодимовой)подсистем в Ho1-xNdxFe3(BO3)4, поскольку в чистом HoFe3(BO3)4 температура TSR 5 K иказалось очевидным, что замещение ионов Ho3+ на ионы Nd3+ должно сдвинуть TSR в областьболее низких температур.
В §6.4 представлены результаты теоретического исследованиямагнитных свойств Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4, в частности, предложен вариант объяснения увеличениявеличины TSR в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 по сравнению с TSR в HoFe3(BO3)4.44Также в [142, 145] обнаружена спонтанная и индуцированная магнитным полемэлектрическаяполяризацияHo1-xNdxFe3(BO3)4.Важно,чтообнаруженнаяавторамимаксимальная величина поляризации в замещенном ферроборате Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 (900мкКл/м2) [142] больше, чем в чистом HoFe3(BO3)4 ( 300 мкКл/м2) [86]. Позднее другимавторским коллективом в [158] для состава Ho0.75Nd0.25Fe3(BO3)4 обнаружено еще большеезначение поляризации (1200 мкКл/м2 в поле 6 Тл).НаданныймоментферроборатыHo1-xNdxFe3(BO3)4являютсяединственнымизамещенными боратами, для которых удалось получить превышение значений поляризации надобнаруженными в чистых боратах с РЗ ионами, входящими в их состав.Результаты экспериментальных исследований методом АФМР высокочастотных свойствHo0.25Nd0.75Fe3(BO3)4 в широком диапазоне частот и температур представлены в работе [159].При Т = 4.2 К обнаружен спин-переориентационный переход первого рода типа спин-флоп,индуцированныйвнешниммагнитнымполемдлянаправленияH||z,испин-переориентационный переход первого рода вдоль H||x.
Для температуры выше 4.8 К фазовыепереходы по магнитному полю не наблюдаются и система обладает магнитной ЛП структурой.Авторы, исследуя ветви спектра АФМР, смогли без привлечения сложных методоввосстановить магнитную структуру и показать, что в Ho0.25Nd0.75Fe3(BO3)4 преобладает ЛПанизотропия со слабой анизотропией внутри плоскости.
Проведена оценка энергиивозбуждения магнонов для магнитной структуры ЛП и ЛО, а также величины эффективноймагнитной анизотропии (На = 1.35 кЭ, На2 = 0.086 кЭ, Нa3 = = 0.61 кЭ). При изучениитемпературных зависимостей спектров АФМР обнаружены особенности, которые могут бытьсвязаны с наличием пространственно модулированной спиновой структуры (несоизмеримаяфаза) в антиферромагнитном кристалле Ho0.25Nd0.75Fe3(BO3)4.Магнитные свойства Nd0.5Gd0.5Fe3(BO3)4 в полях до 9 Тл при T = 2-300 К исследованы вработе [146].
Установлено, что в Nd0.5Gd0.5Fe3(BO3)4 при T < TN 32 K реализуется ЛПантиферромагнитная структура. При T = 11 К в поле B < 1 кЭ на температурных зависимостяхмагнитной восприимчивости в базисной плоскости обнаружена особенность. Авторы считают,что данная особенность связана с появлением обнаруженного гистерезиса при намагничиваниикристалла в базисной плоскости в соответствующем поле и при той же температуре.
Такжеприведены данные об измерении теплоемкости при T = 2-300 К.Исследованы замещения не только в РЗ подсистеме ферроборатов, но и в железной.Методом АФМР изучен ферроборат GdFe3(BO3)4, в котором часть ионов железа была замещенадиамагнитными ионами галлия [160]. В результате в GdFe2.1Ga0.9(BO3)4 изменился не тольковклад Fe-подсистемы в магнитную анизотропию кристалла, но и обменное взаимодействие,которое принципиально важно для установления магнитного порядка.
Температура Нееля,45определенная из теплоемкости, равна 17 К, это значение подтверждается данными помагнитномурезонансуимагнитнымиизмерениями.Проведенныеавторамиоценкипоказывают, что в результате диамагнитного разбавления обменное поле в Fe-подсистемеуменьшилось с 700 кЭ до 63 кЭ, а вклад этой подсистемы в магнитную анизотропию такжеуменьшился с 1.44 кЭ до 0.57 кЭ. Такое уменьшение магнитоанизотропного вклада Feподсистемыувеличилосуммарноеполеанизотропиикристалла,врезультатевGdFe2.1Ga0.9(BO3)4 спонтанный переход в ЛП состояние отсутствует, и кристалл остаетсялегкоосным во всей области существования магнитного порядка.1.2.6. Редкоземельные хромобораты RCr3(BO3)4В сравнении с алюмоборатами и ферроборатами к настоящему моменту данных офизических свойствах хромовых боратов RCr3(BO3)4 известно существенно меньше.Рентгеноструктурные исследования были проведены на небольших монокристаллах RCr3(BO3)4[35] и на порошковых образцах GdCr3(BO3)4 [36], в которых было установлено, чтохромоборатыимеюттригональнуюкристаллическуюструктуру,описываемуюпространственной группой симметрии R32.
Инфракрасная спектроскопия и строениередкоземельных хромовых боратов RCr3(BO3)4 R = La-Er рассмотрены в работе [161]. Авторамив результате спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве получены и исследованыкристаллы хромоборатов в двух модификациях (пространственные группы R32 и С2/с).Имеющиеся в литературе данные о магнитных и спектроскопических свойстваххромоборатов в основном получены в группе М.Н. Поповой при участии К.Н.
Болдырева [162].В работах [163, 164] было проведено сравнение спектров NdCr3(BO3)4, DyCr3(BO3)4 иHoCr3(BO3)4 со спектрами NdFe3(BO3)4, DyFe3(BO3)4 и HoFe3(BO3)4. Спектры РЗ ионов вRCr3(BO3)4 и RFe3(BO3)4 отличались незначительно, что говорит о схожих кристаллическихполях. На основе проведенных измерений сделан вывод, что структура монокристалловхромовых боратов и ферроборатов одинакова. Например, в [163] спектроскопическоеисследование хромобората неодима показало, что в этом кристалле происходит магнитныйфазовый переход при температуре ТN 8 К.
В температурном интервале от 8 до 4.2 К линиииона Nd3+ в NdCr3(BO3)4 расщепляются подобно спектральным линиям Nd3+ в NdFe3(BO3)4.Более подробно термодинамические и оптические свойства NdFe3(BO3)4 рассмотрены в [165].Авторамиизмеренанамагниченность,магнитнаявосприимчивостьитеплоемкостьNdFe3(BO3)4.
Определены значения молекулярных констант Nd-Cr и Cr-Cr обменныхвзаимодействий. Результаты данной работы проинтерпретированы в §3.7.В работе [166] в широком диапазоне температур проведено исследование оптическихспектров, тепловых и магнитных свойств кристаллов SmCr3(BO3)4. Отметим, что авторам46удалось установить, что SmCr3(BO3)4 испытывает интересный каскад фазовых превращений:при температурах T1 = 7.8 ± 0.5 К, T2 = 6.7 ± 0.5 К и T3 = 4.3 ± 0.2 К (см. рисунок 1.22).
Помнению авторов, первые два – фазовые переходы второго рода, которые связаны,предположительно, вначале с антиферромагнитным упорядочением подсистемы Cr 3+, а затем спереходом кристалла в сегнетоэлектрическое состояние. По поводу третьего перехода первогорода при температуре T3 предполагается, что он с связан со спиновой переориентациеймагнитных моментов хрома. Полученные данные, по мнению авторов, дают основание отнестихромоборат SmCr3(BO3)4 к семейству новых мультиферроиков.Рисунок 1.22. Температурная зависимость теплоемкости кристалла SmCr3(BO3)4 (рисунок изработы [166]).В следующей работе [167] были представлены результаты исследования оптических имагнитных свойств РЗ хромовых боратов RCr3(BO3)4 с R = Gd, Dy, Ho. Кристаллы былиполучены методом спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве с использованием вкачестве растворителя тримолибдата калия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
