Диссертация (1097685), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

вставкуа на рисунке 3.1) виден нелинейный начальный участок. Если продифференцировать кривуюMа(B) при Т = 2 К, то кривая дифференциальной магнитной восприимчивости dMа/dB(B)проявит отчетливый пик вблизи 0.55 Тл. С ростом температуры пики на кривыхдифференциальной магнитной восприимчивости смещаются в сторону больших полей иуменьшаются по величине пропадая при Т > 35 K.3.1.1.

Параметры YFe3(BO3)4В полях вдоль оси с и в полях в базисной плоскости, больших  1 Тл, ферроборатYFe3(BO3)4 ведет себя как однодоменный, происходит поворот магнитных моментов железа к790.60.1025K(a)2KBSFBSFT=2Kа,c, B/форм. ед.0.052K25 K45 K0.40.000.00.4B||aB||c0.82K0.40.2BSF0.00.2BSF0.00012B, Tл1(б)2334545Рисунок 3.1. Экспериментальные кривые намагничивания YFe3(BO3)4 для B||a и B||с при Т = 2 К[64].

На вставках низкополевая область кривых Mа(B) при Т = 2, 25, 45 К [64] (а) иэкспериментальная (значки) и рассчитанная (линия) кривые Mа(B) при Т = 2 К (б).направлениюполя.Поворотмагнитныхмоментовжелезаосуществляетсяпротиввнутрицепочечного Fe-Fe обменного взаимодействия и из сравнения рассчитанных кривыхнамагничивания с экспериментальными можно найти величину соответствующей обменнойконстанты 1, определяющей внутрицепочечное обменное поле Bdd1 = 1M0. Из вставки (б) нарисунке 3.1 видно, что при B > BSF рассчитанная зависимость Mа(B) хорошо описывает наклонэкспериментальной кривой. Аналогично удается описать наклон кривых и при направленииполя B||с.

При этом отметим, что анизотропия рассчитанных кривых Mа,c(B) меньше, чемсоответствующихэкспериментальныхзависимостейизработы[64],иближекдемонстрирующим отсутствие анизотропии кривым намагничивания из работы [33].Рассмотрим процесс намагничивания YFe3(BO3)4 в базисной плоскости в полях, меньшихпримерно 1 Тл. В тригональном кристалле с магнитными моментами, лежащими в базиснойплоскости, возможно существование трех типов доменов с осями антиферромагнетизма подуглом 120 друг к другу.

При ориентации внешнего поля в базисной плоскости, когда величинаего еще недостаточна для приведения образца в однодоменное состояние, вклад всех трех80доменов в магнитные свойства соединения должен быть учтен при расчетах. В отсутствиеинформации о доменной структуре образца будем предполагать их равновеликость.Представленные на рисунке 3.1б и далее магнитные характеристики рассчитаны дляпараметров из таблицы 3.1, в которой также приведены известные из литературы данные дляYFe3(BO3)4. В расчетах участвовали одноосная константа анизотропии железа K 2Fe и константаанизотропиижелезавбазиснойплоскостиK 66Fe ,значениякоторыхсоответствуютопределенным, используя данные АФМР, константам для YFe3(BO3)4 в [106]. В обозначениях ивыводахработы[106]приT=4.2K,обменномполедляFe-подсистемыНЕ = 435 кЭ, величине энергетической щели c/2 = 124 ГГц и гиромагнитном отношении = 2.76 ГГц/кЭ эффективное поле анизотропии H AFe , в соответствии с выражением ωс γ 2 2 H E H AFe , будет равно H AFe = 2.32 кЭ.

Откуда при МFe = 34B константа| K 2Fe | = 2.78 ТлµВ. Аналогично при НЕ = 655 кЭ поле анизотропии H AFe = 1.54 кЭ, откуда приМFe = 35B константа | K 2Fe | = 2.31 ТлµВ. Данные значения K 2Fe и использовались при расчетемагнитных характеристик YFe3(BO3)4.Значение константы K 66Fe было определено при описании аномалии вблизи поля BSF накривой Mа(T) и оно хорошо согласуется с получаемым в соответствии с результатами работы[106] (аналогично определению K 2Fe ) абсолютным значением константы анизотропии вбазисной плоскости. Отметим, что хорошее описание Mа(T) достигается и при небольшомварьировании приведенного в таблице 3.1 значения K 66Fe (в пределах  10%).

Видно, чтовеличина K 66Fe существенно меньше, чем K 2Fe (см. таблицу 3.1), но ее знак определяеториентацию легких осей в базисной плоскости, и от величины K 66Fe зависят критические поляBSF при намагничивании в базисной плоскости.Отметим, что согласно результатам работы [61] значение магнитного момента железа вFeYFe3(BO3)4 при T = 2 K (в расчете на одну формульную единицу) составляет M exp= 33.95(5),однакополучаемоеприописаниимагнитныххарактеристиксэтимзначениемвнутрицепочечное Fe–Fe обменное поле Bdd1 заметно меньше, чем определяемые другимиавторами значения (см. таблицу 3.1).

Ион Fe3+ в RFe3(BO3)4 находится в высокоспиновомсостоянии [25], это дает максимальное значение магнитного момента иона 5 µВ. Описаниеэкспериментальных магнитных характеристик с максимальным значением магнитного моментажелеза (в расчете на одну формульную единицу) М0 = 35 µB требует заметно большегозначения поля Bdd1, что лучше согласуется с данными из литературы.81Таблица 3.1. Параметры ферробората YFe3(BO3)4.

М0 = |Mi(T = 0, B = 0)| – магнитный моментжелеза в расчете на одну формульную единицу; Bdd1 (внутрицепочечное Fe–Fe) и Bdd2(межцепочечноеFe–Fe)значенияобменныхполей,соответствующихмолекулярнымконстантам 1 и 2; K 2Fe и K 66Fe константы анизотропии Fe-подсистемы; TN – температура Нееля; – парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.М0 (T = 2 K), µB3435Bdd1 = 1M0, Тл43.565.51, Тл/µB–3.63–4.37Bdd2 = 2M0, Тл31362, Тл/µB–2.58–2.4K 2Fe (T = 2 K), ТлB–2.78–2.31K 66Fe (T = 2 K), ТлB–4.210-3TN, K,KFe= 33.95(5) [61]M exp(T = 2 K)70 [106]68 [238]–2.75 [106](T = 4.2 K,НЕ = 435 кЭ)|6.310-3| [106](T = 4.2 K)38 [64], 37 [61]–130–130 [33]–133 [64]3.1.2. НамагниченностьВ соответствии с подходом, использованном в нашей работе [115] при описаниинелинейных кривых намагничивания в базисной плоскости ЛП ферробората NdFe 3(BO3)4,рассмотрим, какие вклады в общую намагниченность ЛП ферробората YFe3(BO3)4 дают каждыйиз трех возможных доменов.

При намагничивании YFe3(BO3)4 в базисной плоскости длянаправления В||а в домене с осью антиферромагнетизма вдоль поля L0 (см. схему а на рисункеFe3.2) магнитные моменты железа M1,2( 0 ) при Т = 2 К вклада в намагниченность практически недают из-за малой параллельной восприимчивости при такой низкой температуре.

В двух другихдоменах (L60) с осями антиферромагнетизма под углом  = 60 к полю (которые эквивалентныFeотносительно направления В||а) оба магнитных момента железа M1,2( 60 ) в каждом доменеповорачиваются по направлению к флоп-состоянию (черные и синие векторы на схеме а наFeрисунке 3.2). Вследствие разной скорости поворота магнитных моментов M1,2( 60 ) вклад внамагниченность от каждого домена L60 растет. Суммарная намагниченность для В||а и В < 1 Тл82112 Fe M a   M 0Fe  M 60233(3.1)достаточно хорошо описывает экспериментальную кривую Mа(B) (см. рисунок 3.2).

В (3.1)FeFeFeFeM 0Fe  M1Fe( 0)  M 2( 0 ) и M 60  M1( 60)cos1  M 2( 60)cos 2 – вклады железа в намагниченностьсоединения с учетом проекции на ось а. В поле ВSF ≈ 0.55 Тл в домене L0, ориентированномFeвдоль оси а, происходит спин-флоп-переход в состояние с магнитными моментами M1,2( 0)почти перпендикулярными полю и вклад в намагниченность от этого домена определяетсяFeтеперь как M Feflop  2 M1 cos (зеленые векторы на схеме б на рисунке 3.2). В результатенамагниченность для В > ВSF определяется формулой (3.1) при замене M 0Fe на M Feflop .0.15L60bL60(а)В||a2В < ВSFM2(0) 1bFeFeb M1(0)BSFВ > ВSFFeВ||aM2(60)В > ВSFa(б )Fe0.000.0M1(60) MFe22(0)0.20.40.6aM2Fe0.05FeM1В||a0.10M1(60)(в)L0FeM1(0) aFeа, B/форм. ед.T=2KFeM2(60)0.8 1.0В, Тл1.21.41.6Рисунок 3.2.

Кривые намагничивания YFe3(BO3)4 для B||a при Т = 2 К. Значки –экспериментальные данные [64], линии – расчет. Схемы а, б и в – при В||а (ось сперпендикулярна плоскости рисунка). Стрелки показывают направление вращения магнитныхмоментов железа, более длинная стрелка соответствует вращению с большей скоростью.FeПри дальнейшем увеличении поля В||а продолжается вращение векторов M1,2( 60 ) иFeсгибание векторов M1,2( 0 ) к направлению поля и, начиная с полей  1 Тл, результирующаянамагниченность YFe3(BO3)4 определяется примерно одинаковым вкладом от всех доменов, что83соответствует флоп-фазе всего образца (см. схему в на рисунке 3.2).

Штриховая кривая,показанная на рисунке 3.2, демонстрирует, как бы намагничивался YFe3(BO3)4, если бы флопфаза реализовалась в кристалле изначально при В = 0.Проведенные в работе [64] измерения кривых намагничивания для направлений поля вбазисной плоскости В||a и В||b демонстрируют очень близкие результаты. Расчеты показывают,что процессы намагничивания для этих двух направлений в полях, меньших  1 Тл,отличаются. Однако рассчитанные кривые Mа(B) и Mb(B), как и экспериментальные, оченьпохожи. При направлении поля В||b домен с осью антиферромагнетизма вдоль оси a (L0) уженаходится во флоп-фазе, и его магнитные моменты начинают сгибаться к полю (см. схему а нарисунке3.2).ДвадругихэквивалентныхдоменаL60,вкоторыхприВ||bосиантиферромагнетизма составляют угол 30 с направлением поля, как показывают расчеты,стабильны до  0.57 Тл, магнитные моментыFeM1,2( 60 ) в них с разной скоростьюповорачиваются к состоянию, соответствующему флоп-фазе.

Характеристики

Список файлов диссертации