Диссертация (1097685), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Затем, в работе [182]удалось обнаружить, что поперечная поляризация HoAl3(BO3)4 достигает при Т = 5 К в полеВ = 9 Тл значения Pab(Bb) ≈ –5240 мкКл/м2, что существенно превышает величинупредыдущего рекордного для боратов значения –3600 мкКл/м2 из [8] (см. §7.1).В другом алюмоборате TmAl3(BO3)4 также обнаружен большой магнитоэлектрическийэффект ( 680 мкКл/м2) [194, 31, 195]. Анализ особенностей, представленных в литературеданных для магнитоэлектрической поляризации TmAl3(BO3)4, приведен в §7.4.Авторы работ [194, 8] проанализировали известные на тот момент данные омагнитоэлектрической поляризации алюмоборатов и предположили связать обнаруживаемыезначения поляризации с величиной магнитной анизотропии соединений. Свои результаты ивыводы для RAl3(BO3)4 (R = Tb, Ho, Er, Tm) они привели в работе [31].

Обнаружено, чтонаибольшимиявляютсязначенияпоперечноймагнитоэлектрическойполяризации,индуцированной магнитным полем в базисной плоскости Pa(Bb). Уставлено возрастаниемагнитоэлектрическогоэффектасуменьшениеммагнитнойанизотропиисоединения.Подтверждением данного вывода является обнаружение рекордной магнитоэлектрическойполяризации в почти магнитоизотропном HoAl3(BO3)4 и наименьшей поляризации всильноанизотропном TbAl3(BO3)4 (значения P в таблице 1.4 отмечены знаком “*”).В таблице 1.4 приведены известные к данному моменту максимальные значенияполяризации P (расположенные от большего значения к меньшему) в чистых и замещенныхборатах RМ3(BO3)4 с одной и двумя магнитными подсистемами и значения отношенийвосприимчивостей при низкой температуре, отражающие величину магнитной анизотропии.51Таблица 1.4. Максимальные значения поляризации P в боратах RM3(BO3)4 (M = Al, Ga, Fe) иотношения восприимчивостей (при Т = 3 К) и намагниченностей (в поле максимума P).БоратыRM3(BO3)4HoAl3(BO3)4НоAl2.5Ga0.5(BO3)4Ho0.8Nd0.2Al3(BO3)4Ho0.5Y0.5Al3(BO3)4HoGa3(BO3)4TmAl3(BO3)4Tm0.9Yb0.1Al3(BO3)4ErAl3(BO3)4Ho0.5Tm0.5Al3(BO3)4YbAl3(BO3)4Y0.65Nd0.35Al3(BO3)4TbAl3(BO3)4TmAl2.5Sc0.5(BO3)4Ho0.75Nd0.25Fe3(BO3)4Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4NdFe3(BO3)4SmFe3(BO3)4HoFe3(BO3)4Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4Ho0.5Sm0.5Fe3(BO3)4Ho0.25Nd0.75Fe3(BO3)4PrFe3(BO3)4TbFe3(BO3)4Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4DyFe3(BO3)4Pa(Ba,b,c), мкКл/м2 Pab(Bb)с/сс/сТ=3 К Т=3 К Pab(Bb)Т =3 КТ=5КВ = 7 ТлВ = 9 ТлБораты с одной магнитной подсистемой (M = Al, Ga)–3600* [8]–5240* [182]2.83*–3000 [196, 197]–2630 [198]2.28–2000 [195]1.9–1020 [189]2.14–720** [31,195]46.1**–49011.6(5 K) [195]–147** [195]21.3**–140 [195]1.45–70** [195]3.42**–70** [198]3.3**2.5* (4.2 K)650*–22 (200 K)?2Бораты с двумя магнитными подсистемами (M = Fe)1200(Paa(Ba), 6 Тл,4.2 К) [158]900**4.5**(Paa(Ba), 2 К)[142]9001.07(4.8 K) [7]–5002.1(4.2 K) [85]–280** [86]2.2**2008.2(Paa(Ba), 4.2 K) [141]–180(4.2 K) [86]75**2**Paa(Ba) [145]–10**2**(Paa(Ba), 4.2 K) [49]–515.1(Paa(Ba), 4.2 K) [143]30 (150 K)–4.5(Paa(Ba), 4.2 K) [143]56.6(Pcc(Bc), 4.2 K) [141]Mс/MсMс/MсТ=2K Т=2K9 Тл9 Тл1.0211.1352.11001.551.111.11.281.47.27(4.2 К)171.4752С целью поиска возможной связи магнитной анизотропии в поле обнаружениямаксимальной поляризации с обнаруживаемой величиной P в таблице 1.4 приведены также изначения отношений намагниченности в данном поле.

При сравнении приведенных величин Pследует учитывать, что в боратах замещенных составов на величину поляризации оказываетвлияние возможное инверсионное двойникование в монокристаллах [196, 199]. Отметим, чтопоскольку данные о величинах P в литературе приведены в разных условиях проведенияэкспериментов, то общий анализ и формулирование выводов могут быть некорректными.Тем не менее, отметим некоторые возможные закономерности. Из анализа приведенных втаблице 1.4 значений P и отношений восприимчивостей и намагниченностей прослеживаетсясвязь, подтверждающая сделанный в [8, 31, 194] вывод для алюмоборатов об увеличении P суменьшением магнитной анизотропии при с > с (отмечено “*”).

Однако данный выводнарушается для алюмоборатов, у которых при Т = 3 К с > с (R = Tm, Er, Yb и Y0.65Nd0.35). Дляданных боратов прослеживается обратная зависимость – рост поляризации с ростом магнитнойанизотропии (отмечено знаком “**” в таблице 1.4). Аналогичная зависимость реализуется и длянекоторых ферроборатов (R = Ho0.5Nd0.5, Но, Ho0.25Nd0.75 и Pr, ). Также заметна общая для всехборатовзакономерность,заисключениемTmAl3(BO3)4,чемближеотношениенамагниченностей к 1, тем больше P.Отметим, что не только в алюмоборатах удалось обнаружить гигантские значенияполяризации.

В другом представителе боратов с одной магнитной подсистемой – галлоборатеHoGa3(BO3)4 – была обнаружена поляризация (1020 мкКл/м2 [189]), превышающая всеизвестные значения в чистых ферроборатах (см. также §7.2). Поскольку магнитоэлектрическийэффект в боратах с одной магнитной подсистемой в большинстве случаев превосходит повеличине эффект в боратах с двумя магнитными подсистемами (ферроборатах), то можнополагать,чтоРЗподсистемаиграетдоминирующуюрольвформированиимагнитоэлектрических свойств данных соединений.В одной из последних работ А.М. Кадомцевой (1929-2012 гг.) с соавторами [200]обнаружена и описана аномальная температурная зависимость поляризации с изменением знакав алюмоборате TbAl3(BO3)4.

Авторами установлено, что индуцированная магнитным полемНс магнитоэлектрическая поляризация демонстрирует при низких температурах малыезначения, затем с ростом температуры меняет знак при T = 65-70 К и увеличивается почти напорядок при высоких температурах (150-300 К).

Данная аномальная температурная зависимостьполяризации TbAl3(BO3)4 связана с возрастающей с ростом температуры заселенностьюверхних энергетических уровней основного мультиплета иона Tb3+ [200]. Интересно, что ранеев работе [143] аналогичное немонотонное поведение поляризации было обнаружено и в53ферроборате TbFe3(BO3)4.

Авторы работы [200] продемонстрировали, что обнаруженныеособенностимагнитоэлектрическихсвойствTbAl3(BO3)4могутбытьобъясненыиколичественно описаны, используя рассчитанные полевые и температурные зависимостимультипольных моментов иона Tb3+ в соответствии с подходом, предложенным в работах[87, 88, 89]. Расчет моментов выполнен на базисе основного мультиплета иона Tb3+.В следующей работе [201] было продолжено теоретическое исследование полевых итемпературных зависимостей поляризации Pa(Ha,b, T) алюмоборатов и сделана попытка ведином подходе представить результаты сразу для трех соединений RAl3(BO3)4 (R = Tm, Ho иTb).

Также для данных алюмоборатов представлено описание и температурных зависимостеймагнитных восприимчивостей a,c(T). Авторам [200, 201] удалось, основываясь на результатахработ [87, 88, 89] и используя выписанное выражение для поляризацииPa  d 22 C22  C22  d 24 C24  C42  d 26 C26  C62  d 44 C44  C44  d 46 C46  C64 ,(1.1)количественно описать полевые и температурные зависимости Pa(Ha,b, T), определив присравнении с экспериментом входящие в данное уравнение параметры d qk (см. таблицу 1.5).В соответствии с формулой (1.1) зависимость поляризации Pa от внешнего магнитного поля итемпературы определяется тепловыми средними операторов Cqk  Ck q (k = 2, 4, 6, q = 2, 4),которые были численно рассчитаны как функции от Н и Т.

Показано, что оператор Cqk  Ck qменяет знак при изменении ориентации внешнего магнитного поля в базисной плоскости отH||а к H||b, что в точности соответствует поведению экспериментальных кривых Pa(Ha,b). Прирасчетах использовались определенные из спектроскопических исследований параметры КП.Таблица 1.5. Параметры d qk в мкКл/м2 из работы [201].d 22d 24d 44d 26d 46–1.12105–2105–1.18104–7.44104–1.771041.3.3.

Корреляция магнитоэлектрических и магнитоупругих свойств боратов с одноймагнитной подсистемойПомимо обнаружения гигантской магнитоэлектрической поляризации, в работе [8] былипроведены измерения и магнитострикции HoAl3(BO3)4 для направлений магнитного поля вдольтригональной оси и в базисной плоскости. Авторами установлена корреляция между полевымизависимостями магнитоэлектрической поляризацией (рис.

1.23) и магнитострикцией (рис. 1.24).Как уже отмечалось, данная корреляция магнитоэлектрических и магнитоупругих свойствхарактерна и для ферроборатов [33]. При этом заметно отличие в поведении поляризации и54Рисунок 1.23. Полевые зависимости продольной (а) и поперечной (b и с) магнитоэлектрическойполяризации НоAl3(BO3)4 [8] при T = 3–100 K.Рисунок 1.24. Продольная (а) и поперечная (b и c) магнитострикция HoAl3(BO3)4 [8].

при T = 3–100 K (a,b) и T = 3–25 K (с).55магнитострикции при направлении поля вдоль тригональной оси (см. рисунки 1.23с и 1.24c).С ростом поля магнитострикция с демонстрирует немонотонное поведение в отличие откривой поляризации при для B||с.Следует отметить работу В.И Зиненко с соавторами [59], в которой был исследованмагнитоэлектрический эффект в алюмоборате HoAl3(BO3)4 и в парамагнитной фазе вферроборате HoFe3(BO3)4. Также для кристаллов HoFe3(BO3)4 и HoAl3(BO3)4 были исследованыспектры комбинационного рассеивания света при разных температурах, из которых былиопределены частоты колебаний кристаллической решетки в центре зоны Бриллюэна.Установлено наличие структурного фазового перехода в HoAl3(BO3)4 при TS  366 K, чтонесколько меньше температуры 427 К, определенной в работе [25]. В рамках методафункционала плотности вычислены частоты колебаний решетки, упругие и пьезоэлектрическиемодули, динамические заряды Борна и высокочастотная диэлектрическая проницаемость.Проведенноев[59]экспериментальноеисследованиеиндуцированнойвнешниммагнитным полем электрической поляризации показало, что в HoAl3(BO3)4 она в тридцать разбольше, чем в HoFe3(BO3)4.

Характеристики

Список файлов диссертации