Диссертация (1097685), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

Магнитная восприимчивость SmFe3(BO3)4 в парамагнитной фазе практическиизотропна, а при Т < TN становится анизотропной – в базисной плоскости c(T) резкоуменьшается в отличие от c(T), которая изменяется существенно меньше. Аналогичныйхарактер кривых восприимчивости был обнаружен ранее в работе [85]. Именно такое поведениемагнитной восприимчивости и следовало ожидать для антиферромагнитного упорядочения вFe-подсистеме, которая дает основной вклад в восприимчивость ЛП ферробората SmFe3(BO3)4.103При намагничивании в базисной плоскости для В = 0.1 Тл вклад в восприимчивость c(T)дают все возможные домены и процессы намагничивания SmFe3(BO3)4 происходят аналогичноописанным при расчете намагниченности Ma (формула (3.5)). Для поля вдоль оси с образецнаходится во флоп-фазе и ведет себя как однодоменный (см. схему (а) на рисунке 3.7).

Слабоеуменьшение c(T) с ростом температуры связано с уменьшением вклада парамагнитного ионаSm3+нафонепостояннойперпендикулярнойвосприимчивостиантиферромагнитнойFe-подсистемы., B/Тл форм. ед.0.14TNc0.12YFec0.10.TN0.08cYFea0.060.04Рисунок3.10.0Температурные10зависимости20T, Kначальной30магнитной40восприимчивостиYFeSmFe3(BO3)4 c,c(T) (светлые значки) [246] и YFe3(BO3)4 χa,cT  (темные значки) [64] приВ = 0.1 Тл.

Значки – экспериментальные данные, линии – расчет.§3.4. ErFe3(BO3)4Согласно имеющейся информации в ферроборате ErFe3(BO3)4 магнитные моменты Er- иFe-подсистем лежат в базисной плоскости ab [107, 136, 64, 62]. В работе [64] исследованымагнитные свойства и теплоемкость ErFe3(BO3)4. Представлены обширные экспериментальныеданные для намагниченности при T = 4.2–70 К в полях до 15 Тл и температурные зависимостивосприимчивости вдоль трех основных кристаллографических направлений. В работе [62]представлены данные измерений намагниченности, магнитной восприимчивости и нейтроннойдифракции в ErFe3(BO3)4. Приведены экспериментальные данные намагниченности ErFe3(BO3)4104для Т = 2, 5 К и температурных зависимостей восприимчивости при В||с и Вс. Они в целомсогласуются с данными работы [64], однако, например, кривые восприимчивости c(T) из [62]не проявляют обнаруженной в [64] аномалии типа Шоттки на кривых a,b(T) вблизи 3.4 К.Данныйпараграфпосвящентеоретическомуисследованиюнизкотемпературныхмагнитных свойств ErFe3(BO3)4, сравнению экспериментальных данных с результатамирасчетов, проведенных в рамках единого теоретического подхода, и определению параметровсоединений.3.4.1.

Параметры ErFe3(BO3)4Параметры КП для иона Er3+ в ErFe3(BO3)4 не известны. Из спектроскопическихисследований [136, 123] известно, что расщепление основного дублета иона Er3+ в ErFe3(BO3)4составляет  = 7.3 см-1, а нижняя часть мультиплета иона Er3+ характеризуется значениямиэнергий: 0, 46, 105, 160 см-1. В [249] приведены несколько отличающиеся данные расщеплений:0, 46, 105, 133, 161, 244 см-1.При поиске необходимых для теоретического исследования магнитных свойствErFe3(BO3)4 параметров КП на начальном этапе было проверено, что для каждого изотобранных наборов параметров кривые восприимчивости a,b,c(T) при T > TN  38 К [64]описываются хорошо.

Для определения, какой из найденных наборов параметров КП позволяетописатьвсюсовокупностьизмеренныхмагнитныххарактеристикErFe 3(BO3)4[64],рассчитывались кривые намагничивания вдоль тригональной оси и в базисной плоскостиMа,b,с(B) с тем, чтобы подобрать параметр fd (Er–Fe-антиферромагнитных взаимодействий) и1 (внутрицепочечного Fe–Fe антиферромагнитного взаимодействия).Таким образом, руководствуясь перечисленными критериями из всех найденных наначальном этапе параметров КП, был выбран набор, который позволяет наиболее хорошоописать экспериментальные данные для ErFe3(BO3)4 (в cм-1):В02  314 , В04  1853 , В43  96 , В06  523 , В63  426 , В66  159 .(3.6)Эти параметры были определены при расчетах на базисе основного мультиплета, поэтому онимогут рассматриваться только как эффективные, пригодные для описания термодинамическихсвойств соединения. Отметим, что найденные параметры (3.6) позволили описать вклад РЗподсистемы и для ферробората ErFe3(BO3)4, и для ферробората замещенного составаTb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 (см.

§6.1), поскольку описание вклада Tb-подсистемы некритично к знаниюточных значений параметров КП.Набору параметров (3.6) соответствуют приведенные в таблице 3.4 значения энергийвосьми нижних уровней основного мультиплета иона Er3+ в ErFe3(BO3)4 при В = 0. Приведены105значения энергий при Т > TN и с учетом f–d-взаимодействия для Т = 4.2 K.

Параметрам (3.6) дляиона Er3+ в ErFe3(BO3)4 соответствуют значения компонент g-тензора основного дублета ионаEr3+, равные ga ≈ 10.6, gc ≈ 1.2, которые хорошо согласуются с данными работы [123].Из таблицы 3.4 видно, что учет f–d-взаимодействия при Т < TN приводит к снятию вырожденияосновного дублета иона Er3+ в ErFe3(BO3)4. Отметим, что полученные с помощью параметровКП (3.6) значения уровней энергий основного мультиплета иона Er3+ в ErFe3(BO3)4 при Т > TN инизкотемпературная величина обменного расщепления нижнего дублета иона Er 3+  = 5.7 см-1 вцелом согласуются с расщеплениями и значением  = 7.3 см-1, указанными в [136, 123, 249].Представленные далее на рисунках теоретические магнитные характеристики рассчитаныдля параметров, приведенных в таблице 3.4.Таблица 3.4.

Параметры ErFe3(BO3)4: Bdd1 (внутрицепочечное Fe–Fe), Bdd2 (межцепочечноеFe–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 однуформульную единицу; fd – низкотемпературное расщепление основного дублета иона Er3+вследствие f–d-взаимодействия;  – значения энергий нижних уровней основного мультиплетаиона Er3+ (d – дублет); gс и gс – компоненты g-тензора основного дублета иона Er3+;TN – температура Нееля;  – парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.Bdd1 = 1M0, Тл1, Тл/µBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µBBfd = fdM0, Тлfd, Тл/µB62.5– 4.1626–1.731.3–0.09Δfd  μB ga | λ fd | M 0 , cм-1 5.7 (ЛП)7.3 [136, 123, 249]Т > TN0d, 61.6d, 111d, 200d0, 46, 105, 160 [136, 123]0, 46, 105, 133, 161 [249]Т = 4.2 К0, 5.7, 64.64, 64.65,113.8, 113.8, 202, 2042.1610.61.2–145 = Ei – E1, (i =1-8), см-1mEr (Т = 10 К и В = 0), µBgсgc,К1.65 [243]2.2 [62]9.47 [123]1.29 [123]Значение параметра 2 было выбрано из условия наилучшего согласия рассчитанных иэкспериментальных кривых намагничивания Mа,b,с(B) для всех температур.

Также в расчетахучаствуют соответствующая определенному обменному полю Bdd1 одноосная константа106анизотропии железа K 2Fe = – 2.42 ТлµВ (при T = 4.2 К) и константа анизотропии железа вбазисной плоскости, равная величине определенной для ErFe3(BO3)4 ( K 66Fe = –4.210-3 ТлµВ).Для расчета магнитных характеристик ErFe3(BO3)4 при направлении внешнего магнитногополя вдоль и перпендикулярно тригональной оси использовались изображенные на рисунке3.11 схемы ориентаций магнитных моментов железа MiFe и редкой земли miR . Расчет по схеме апроводился для направлении поля вдоль тригональной оси В||с. Схема б использовалась дляслучая ориентации внешнего поля в базисной плоскости Вс. Приведенные схемы ориентациймагнитных моментов всех подсистем ErFe3(BO3)4 отражают взаимное расположение моментови величины их вкладов в общую намагниченность соединения.(а)c(б)В||cM1FeFeM1M2Erm1Erm2aFeВ||bErm2abВ > ВSFErm1FeM2bВ > ВSFРисунок 3.11.

Схемы ориентаций магнитных моментов железа MiFe и редкой земли miR ,использованные при расчете магнитных характеристик ErFe3(BO3)4 для разных направленийвнешнего магнитного поля при B > BSF. Схема а – при В||с (плоскость ab перпендикулярнаплоскости рисунка), схема б – при Вc (ось с перпендикулярна плоскости рисунка).3.4.2. НамагниченностьВ полях вдоль оси с (схема а на рисунке 3.11) и для больших полей ( 1 Тл) в базиснойплоскости (схема б) ErFe3(BO3)4 находится в угловой фазе и ведет себя как однодоменный.Магнитные моменты железа сгибаются к полю, проявляя перпендикулярную восприимчивость;у Er-подсистемы растет компонента магнитного момента на направление поля.На рисунке 3.12 представлены экспериментальные [64] и рассчитанные кривыенамагничивания Ma,b,с(В) ErFe3(BO3)4 вдоль оси а (а) и оси b (б) при Т = 4.2 (1), 15 (2), 38 К (3) ивдоль оси с при Т = 4.2 К (4) в полях до 15 Тл.

На следующем рисунке 3.13 приведены кривыеMa(В) при Т = 7–70 К. Из рисунков 3.12 и 3.13 видно, что с увеличением температурызависимости Ma,b(В) становятся менее резкими, происходит эволюция кривых намагничивания вбазисной плоскости, которая обусловлена уменьшением магнитных моментов Er- и Feподсистем. Кривая Mс(B) при Т = 4.2 К практически линейно возрастает с ростом поля. Видно,что характер намагничивания ErFe3(BO3)4 в базисной плоскости и вдоль тригональной оси с107отличается, поскольку также, как и анизотропия намагниченности в плоскостях ас и bс,обусловлен анизотропией иона Er3+, формируемой кристаллическим полем эрбиевогоферробората.На вставке на рисунке 3.12б показан эффект Зеемана в однодоменном состоянии приТ = 4.2 К (приведены 6 нижних энергетических уровней основного мультиплета иона Er 3+) дляполя В||a (при B > 1 Tл, сплошные линии) и В||с (штриховые линии).

Характеристики

Список файлов диссертации