Диссертация (1097685), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Руководствуясь критерием наилучшего описанияхарактеристик c,c(T), Mс,с(B) и известных расщеплений основного мультиплета иона Sm3+ иfd [245], был выбран набор параметров КП ( Bqk в см-1):В02  285 , В04  900 , В43  1520 .(3.3)Отметим, что параметр В02  285 см-1 близок к значению В02  270 см-1, определенному изспектроскопических исследований для изоструктурного алюмобората YAl3(BO3)4:Sm3+ [184].Именно с этим набором параметров КП на базисе основного мультиплета6H5/2 былирассчитаны магнитные характеристики SmFe3(BO3)4 в нашей работе [246]. Однако позднее в[131] при исследовании основного и семнадцати возбужденных мультиплетов иона Sm3+ вSmFe3(BO3)4 были определены параметры КП и, в частности, было показано, что параметр В02из нашей работы [246] и из [184] заметно меньше величины, необходимой для описанияобнаруженногорасщеплениявозбужденногомультиплета4F3/2.В результате к указанным критериям описания расщеплений основного мультиплета иона Sm3+,кривых c,c(T) и Mс,с(B) необходимо добавить еще критерий близости параметров Bqk копределенным в работе [131].

Значения уточненных параметров равны ( Bqk в см-1):В02  400 , В04  1320 , В34  1290 .(3.4)Эти параметры были определены при расчетах на базисе основного мультиплета, поэтомуонимогутрассматриватьсятолькокакэффективные,пригодныедляописаниятермодинамических свойств соединения.Данному набору параметров Bqk соответствуют спектроскопические характеристики ионаSm3+, приведенные в таблице 3.3. Рассчитанные значения энергий основного мультиплета ионаSm3+ хорошо совпадают с найденными в работах [245, 131]. Компоненты g-тензора основногодублета иона Sm3+ gс = 0.25 и gа = 0.59 не слишком противоречат взятым в работе [93]значениям gс ≈ 0.3 и g ≈ 0.3 и согласуются с определенными позднее в [131] значениямиgс ≈ 0.491 и g ≈ 0.679.

Полученные значения компонент g-тензора свидетельствуют о том, чтоSm-подсистема при низких температурах слабо стабилизирует ЛП состояние.95Учет f–d-взаимодействия при Т < TN приводит к снятию вырождения крамерсовскихдублетов (см. таблицу 3.3), причем низкотемпературное расщепление основного дублета(fd = 13.2 см-1) при λSm= –3.2 Тл/µB совпадает с известным значением fd из [245, 131].fdПредставленные далее на рисунках магнитные характеристики рассчитаны для параметровиз таблицы 3.3, в которой также приведены известные из литературы данные.

В расчетахучаствовали константы анизотропии Fe-подсистемы. В обозначениях и выводах работы [106]при обменном поле для Fe-подсистемы НЕ = 590 кЭ, величине энергетической щели c/2 = 124ГГц и гиромагнитном отношении  = 2.76 ГГц/кЭ эффективное поле анизотропии H AFe , всоответствии с выражением ωс γ 2 2 H E H AFe , будет равно H AFe = 1.71 кЭ, откуда приМFe = 35B константа | K 2Fe | = 2.57 ТлµВ. Данное значение K 2Fe использовалось при расчетемагнитных характеристик SmFe3(BO3)4. Значение константы K 66Fe было определено приописании аномалии вблизи BSF на кривой Mс(T) и оно хорошо согласуется с получаемым всоответствии с результатами работы [106] (аналогично определению K 2Fe ) абсолютнымзначением константы анизотропии в базисной плоскости для YFe3(BO3)4.

Как и в случаеYFe3(BO3)4 хорошее описание Mс(T) SmFe3(BO3)4 при В < ВSF достигается и при небольшомварьировании приведенного в таблице 3.3 значения K 66Fe (в пределах  10%).Большое, по сравнению с исследованными ферроборатами (см. таблицу 6.11 в §6.5),значение поля обменного f–d-взаимодействия ( B Sm= 48 Тл) обусловлено определенным вfdэксперименте [245, 131] большим расщеплением основного дублета иона Sm3+ fd = 13.2 см-1Sm( Δfd  μB ga B fd ) при малом значении компоненты g–тензора gа, малость которой связана также ис величиной фактора Ланде g JSm = 2/7.

Определенное нами при описании магнитных свойств ипри учете только основного мультиплета иона Sm3+ в SmFe3(BO3)4 обменное поле B Smfd = 48 Тлсогласуются с определенным позднее при анализе основного и семнадцати возбужденныхмультиплетов иона Sm3+ [131] значением 41.9 Тл.Отметим, что в работе [85] для SmFe3(BO3)4 дана оценка критического поля, в которомменяется знак электрической поляризации и магнитострикции (оно соответствует полюf–d-обмена согласно [7]) по соответствующему полю для NdFe3(BO3)4, равному 5 Тл [7]. Этаоценка составляет 30 Тл, что меньше, чем определяемое через известное расщеплениеосновного дублета при значении gа = 0.53 (или g ≈ 0.3 из [93], см. таблицу 3.3).96Таблица 3.3.

Параметры SmFe3(BO3)4: Bdd1 (внутрицепочечное Fe–Fe), Bdd2 (межцепочечное Fe–Fe) и Bfd – низкотемпературные значения обменных полей, соответствующих молекулярнымконстантам 1, 2 и fd; М0 = |Mi(T = 0, B = 0)| = 15B – магнитный момент Fe в расчете на однуформульнуюединицу;низкотемпературноеK 2FeирасщеплениеK 66FeконстантыосновногоанизотропиидублетаFe-подсистемы;ионаSm3+fd–вследствиеf–d-взаимодействия;  – значения энергий нижних уровней основного мультиплета иона Sm3+;gс и gс – компоненты g-тензора основного дублета иона Sm3+; TN – температура Нееля;  –парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.Bdd1 = 1M0, Тл591, Тл/µBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µB–3.9331–2.1B Rfd = λ Rfd M0, Тл48λ Rfd , Тл/µB–3.2K 2Fe (T = 2 K), ТлB–2.5764 [85]*43 [248]–4.27 [85]*30 [85], 35 [86]41.9 [131], 90 [248]94**–2.57 [106]K 66Fe (T = 2 K), ТлB–610|6.310-3| [106](T = 4.2 K)Δfd  μB ga | λ fd | M 0 , cм-113.2 (T = 2 K)13.2 [245] = Ei – E1 (i =1-6),0, 135, 220 [245, 131]см-1 (В = 0)0, 135, 196 (Т > TN)0, 13.2, 141.7, 141.9,201, 207 (T = 2 K)gс 0.59gc 0.25-3TN, K125,K*Параметр оценен из приведенной в [85] величины χ Fe 0.3 [93] 0.679 [131] 0.3 [93] 0.491 [131]32 [245]135 [248]-33= 0.1210 см /г (при В ≈ 1 Тл).**Параметр оценен по формуле B fd | λSmпри fd =13.2 см-1 [245] и g≈0.3 [93].fd | M 0  Δfd μB g Отметим также, что рассчитанный магнитный момент Sm-подрешетки при Т = 2 К иВ = 0 составляет mSm ≈ 0.35 µВ, что несколько больше, чем определенное из анализа данных подифракции нейтронов в [247, 114] значение 0.24 µВ.

В работе [114] приведено также исущественно большее значение магнитного момента ионов самария 0.8(2) µВ, полученное прирассмотрении модели с неколлинеарной магнитными моментами ионов Fe и Sm. Поскольку97максимальная величина магнитного момента для ионов самария mSm = gJJ =2 5 = 0.71 µВ, то7 2приведенное в [114] значение 0.8(2) µВ, т.е. 0.8  0.2 µВ, следует воспринимать как завышенное.3.3.2. НамагниченностьИтак,магнитная анизотропияSm-подсистемы вSmFe3(BO3)4делаетвыгоднымориентацию моментов в базисной плоскости.

Соотношение компонент g-тензора основногосостояния таково, что gс > gс. Тогда вклад в общую намагниченность SmFe3(BO3)4 отSm-подсистемы будет больше при направлении магнитного поля в базисной плоскости, чемвдоль тригональной оси. Напомним, что в YFe3(BO3)4 соотношение между кривыми Mс,с(B)при Т = 2 К таково, что Mс(B) превышает на малую величину намагниченность в базиснойплоскости Mс(B) [64] (см. §3.1). В работе [33] представлены кривые Mb,c(B) YFe3(BO3)4 приТ = 2 К, которые в полях 1-3 Тл полностью совпадают.

Поскольку вклад Sm-подсистемы вобщую намагниченность SmFe3(BO3)4 значительно меньше вклада Fe-подсистемы, тогда посравнению с YFe3(BO3)4 можно ожидать небольшого изменения соотношения междунамагниченностями Mс(B) и Mс(B) в пользу последней.На рисунке 3.7 представлены экспериментальные зависимости Mс,с(B) SmFe3(BO3)4 приТ = 2 К в полях до 5 Тл (исследование которых проведено в нашей работе [246]) ипредставленные позднее данные измерений в меньших до 1.5 Тл [94] и больших до 9 Тл [248]полях.

Для всех приведенных данных хорошо прослеживается, что намагниченность Mс(B)больше, чем Mс(B). В силу приведенных рассуждений это можно объяснить изменениемвклада в первую очередь Fe-подсистемы, по сравнению с YFe3(BO3)4. Действительно вYFe3(BO3)4 и SmFe3(BO3)4 достаточно сильно отличаются температуры Нееля (TN  38 K [64] и32 K [245]), и кристаллические решетки имеют разную пространственную структуру (R32 иP3121). По-видимому, данные факторы и привели к отсутствию возможного небольшогопревышения намагниченности Mс(B) над Mс(B) в SmFe3(BO3)4.Также не стоит исключать и особенности конкретных монокристаллов и деталейизмерений намагниченности SmFe3(BO3)4. Из рисунка 3.7 видно, что анизотропия кривыхMс,с(B) из [246] (в полях до 5 Тл) заметно больше обнаруженной позднее в работе [248](в полях до 9 Тл). Измерения намагниченности другим авторским коллективом в малых поляхдо 1.5 Тл (вставка на рисунке 3.7) демонстрируют близость полученных данных для Mс,с(B) кработе [248].

Тогда, по-видимому, именно данные из [248] в полях до 9 Тл и стоитрассматривать при теоретическом описании.98Mc [94] B||c0.2Mа [94]Mc,c, B/форм. ед.1.2SmFe3(BO3)4B||cBcBc0.8 0.001(a)cT=2К0.4FeM2SmВ||cSmm1 m2abВ > ВSF0.0012345B, Tл6FeM1789Рисунок 3.7. Экспериментальные кривые намагничивания SmFe3(BO3)4 для B||c и Bс приТ = 2 К в полях до 5 Тл [246] (темные значки) и до 9 Тл [248] (светлые значки). На вставке –кривые Mс,с(B) в полях до 2 Тл из работ [246] (темные значки), [248] (светлые значки) и вполях до 1.5 Тл из [94].

Схема а – при В||с (плоскость ab перпендикулярна плоскости рисунка).Характер кривых намагничивания SmFe3(BO3)4 в базисной плоскости при B > 1.5 Тл ивдоль тригональной оси мало отличается, что свидетельствует об одинаковом характерепроцесса намагничивания. Магнитные моменты Fe-подсистемы сгибаются к полю, проявляяперпендикулярную восприимчивость, а у Sm-подсистемы растет компонента магнитногомомента на направление поля (см. схему а на рисунке 3.7).В соответствии с выше приведенными рассуждениями расчет намагниченностиSmFe3(BO3)4 с параметрами (3.4) приводит к превышению намагниченности Mс(B) над Mс(B)(см.

Характеристики

Список файлов диссертации