Диссертация (1097685), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Видно, что во флоп-фазеMa,c, B/форм. ед.(a)ErFe3(BO3)48T = 4.2 K6B||a154B||c3824.2(б)T = 4.2 K615100-14E, смMb, B/форм. ед.083820B||b0246500-508B, TлT = 4.2 K0510B, Tл101214Рисунок 3.12. Кривые намагничивания ErFe3(BO3)4 для B||a и B||c (a) и B||b (б) при Т = 4.2, 15 и38 К. Значки – экспериментальные данные [64], линии – расчет. Вставка на рисунке б – эффектЗеемана в однодоменном состоянии при Т = 4.2 К (приведены 6 нижних энергетическихуровней основного мультиплета иона Er3+) для В||a (сплошные линии, B > 1 Tл) и В||с(штриховые линии).при В||a происходит большее по сравнению с направлением В||с расщепление энергетическихуровней иона Er3+. На вставке на рисунке 3.13 приведены составляющие вкладов от Er и Fe-108подсистем в намагниченность при Т = 7 К, из сравнения которых понятна степеньответственности каждого вклада за результирующий вид Ma(В) при данной температуре.ErFe3(BO3)48203038Т=7К6701048Ma, B/форм.
ед.Ma, B/форм. ед.B||a1642T=7KFe200Er02468B, Tл10048 12B, Tл1214Рисунок 3.13. Кривые намагничивания ErFe3(BO3)4 для B||a. Значки – экспериментальныеданные [64], линии – расчет при Т = 7, 10, 20, 30, 38 и 70 К. На вставке показаны рассчитанныевклады от Er и Fe-подсистем в полную намагниченность (1) при Т = 7 К и B||a.При намагничивании ErFe3(BO3)4 в базисной плоскости в полях, меньших примерно 1 Тл,вклад в намагниченность дают все три возможные домена. Экспериментальные данные работы[64], показанные на рисунке 3.12, дают практически совпадающие кривые намагничивания дляB||a и B||b (см.
рисунок 5 в [64]). Процессы намагничивания при B < 1 Тл, как показываютрасчеты, протекают по-разному для этих двух направлений. Однако рассчитанные кривыенамагничивания тоже похожи и хорошо описывают эксперимент. Расчет Ma,b(В) для B < 1 Tлпроведен в соответствии с подходом, изложенным в §3.1, в котором рассмотрены процессынамагничивания в ЛП YFe3(BO3)4 с учетом возможного существования трех типов доменов.Следует отметить, что вид кривых намагничивания ErFe3(BO3)4 в базисной плоскости в поляхB < 1 Tл не демонстрирует различимый нелинейных характер, как это обнаружено для другихЛП ферроборатов YFe3(BO3)4 (см.
§3.1) и NdFe3(BO3)4 (см. нашу работу [115]) и SmFe3(BO3)4(§3.3). Величина f–d-обменного взаимодействия в ферроборате ErFe3(BO3)4 наименьшая средивсех исследованных в диссертации ферроборатов (Bfd = 1.3 Тл). Как показывают расчеты,меньшая величина поля Bfd приводит к меньшей величине поля спин-флоп-перехода в одном из109доменов (BSF 0.3 Тл).
В результате скачок намагниченности на Mс(В) в малом поле BSFпроисходитнаоченьмалуювеличину,неразличимуюнаэкспериментениприТ = 4.2 К (рис. 3.8), ни при Т = 2 К [33].Отметим также, что рассчитанный магнитный момент Er-подсистемы при Т = 10 К и В = 0составляет m 2.16 µB, что совпадает с приведенными в [62] значением 2.2 µB.Расчет кривых Mс(В) ErFe3(BO3)4 в экспериментально неисследованном температурноминтервале Т > 5 К показывает их слабую температурную зависимость, аналогичнуюобнаруженной для кривых Mс(В) в легкоплоскостном NdFe3(BO3)4 [115].
Вследствиеанизотропии иона Er3+ вклад Er-подсистемы в намагниченность в базисной плоскости больше,чем вдоль оси с, поэтому и уменьшение намагниченности с ростом температуры происходит набольшую величину, чем вдоль оси с.3.4.3. Температурная зависимость магнитной восприимчивостиВ начальную восприимчивость ферроборатов ErFe3(BO3)4 дают вклад как упорядоченнаяпри T < TN железная подсистема, так и редкоземельная, подмагниченная f–d-взаимодействием.Рассчитывая эти вклады самосогласованным образом, получаем температурные зависимостивосприимчивостей a,b,c(T), изображенные на рисунке 3.14 для ErFe3(BO3)4. Там же значкамисоответственно приведены экспериментальные кривые восприимчивости из работы [64].
Видно,что для ErFe3(BO3)4 в парамагнитной области от TN 38 до 350 К рассчитанные кривые хорошоописывают эксперимент. Аномалии на экспериментальных и рассчитанных зависимостяхa,b,c(T), соответствующие антиферромагнитному упорядочению в Fe-подсистеме при TN 38 К,практически не видны. Для ErFe3(BO3)4 восприимчивость c(T) (кривые 3) значительно меньшеa,b(T) (кривые 1, 2) при всех T < 150 К и при понижении температуры демонстрируетсущественный рост при самых низких температурах. Данное возрастание c(T) ErFe3(BO3)4 приуменьшении температуры связано с увеличением вклада парамагнитного иона Er 3+ на фонепостоянной перпендикулярной восприимчивости антиферромагнитной Fe-подсистемы.При намагничивании в базисной плоскости при В = 0.05 Тл вклад в восприимчивостьa,b(T) дают все возможные домены и процессы намагничивания легкоплоскостного ErFe3(BO3)4происходят аналогично описанным для YFe3(BO3)4 (§3.1) и SmFe3(BO3)4 (§3.3). Аномалия типаШоттки на кривых a,b(T), связанная с перераспределением населенностей нижних уровнейосновного дублета иона Er3+, имеет место вблизи 3.4 К, и корректный расчет процессовнамагничивания в точности воспроизводит наблюдаемый эффект (см.
вставку а на рисунке3.14). На вставке б на рисунке 3.14 показана температурная зависимость энергий шести нижнихэнергетических уровней основного мультиплета иона Er3+ в ErFe3(BO3)4, расщепленного110кристаллическим полем и с учетом f–d-взаимодействия при В = 0 в упорядоченной ипарамагнитной области температур. Видно, как учет f–d-взаимодействия при Т < TN приводит кснятию вырождения основного дублета иона Er3+, отделенного от вышележащих, практическинерасщепленных дублетов на 61.6 cм-1, и затем с уменьшением температуры происходит1232, B/Тл форм. ед., B/Тл форм. ед.увеличение его расщепления до fd ≈ 5.7 см-1.a2110.TN10бbMi, mi c-1E, см1,230В=090120T, K60TN30 = 5.7 cм-1fd03000100T, K2001020T, K3040300Рисунок 3.14. Температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости ErFe 3(BO3)4в базисной плоскости (1 – В||а, 2 – В||b) и вдоль тригональной оси (3 – В||c) при В = 0.05 Тл.Значки – экспериментальные данные [64], линии – расчет.
Вставка a – низкотемпературнаяобласть (Т < TN) экспериментальных и рассчитанных кривых a(T). Вставка б – температурнаязависимость энергий шести нижних энергетических уровней основного мультиплета иона Er3+ вErFe3(BO3)4, расщепленного кристаллическим полем и с учетом f–d-взаимодействия при В = 0.3.4.4. ТеплоемкостьЭкспериментальные данные для теплоемкости ErFe3(BO3)4 [64] при В = 0 представлены нарисунке 6.5 в координатах C/T(Т). Широкий пик хорошо видимый на кривой 2 при Т ≈ 2.2 К,является аномалией Шоттки.
Также на рисунке 6.5 приведен рассчитанный вклад РЗподсистемы в теплоемкость ErFe3(BO3)4.111Низкотемпературная аномалия Шоттки для ErFe3(BO3)4 связана с перераспределениемнаселенностей уровней основного дублета иона Er3+, расщепленного f–d-взаимодействием (см.вставку б на рисунке 3.14).
Она хорошо видна, поскольку в этом температурном интервале( 3 К) и фононный вклад, и вклад от антиферромагнитного упорядочения малы. Проведенныерасчеты предсказывают, что поле вдоль оси а должно привести к сдвигу аномалии Шоттки наС(Т) в область более высоких температур (до 9 К при В = 3 Тл).2C/T, Дж/моль K2В=01005101520T, K25303540Рисунок 3.15. Теплоемкость ErFe3(BO3)4 для В = 0. Значки – экспериментальные данные [64],линии – рассчитанный вклад РЗ подсистемы в теплоемкость ErFe3(BO3)4.§3.5.
HoFe3(BO3)4Экспериментальные исследования магнитной структуры ферробората HoFe3(BO3)4 [61,142, 111] показали, что в нем, как и в GdFe3(BO3)4, реализуется спонтанный спинпереориентационный переход при TSR 4.7 K. Магнитные моменты железа в HoFe3(BO3)4антиферромагнитно упорядочиваются при ТN 38 К, и при понижении до TSR 4.7 K лежат вбазисной плоскости, также как и магнитные моменты ионов Ho3+. При TSR 4.7 K происходитспонтанный спин-переориентационный переход, в результате которого магнитные моментыжелезной и РЗ подсистем становятся ориентированными вдоль тригональной оси с.
Приналичии внешнего магнитного поля для температур Т < 4.7 К в HoFe3(BO3)4 возникает спинфлоп-переход при В||с и индуцированный магнитным полем спин-переориентационный переходиз ЛО в ЛП состояние при направлении поля в базисной плоскости Вс [86, 142, 111].1123.5.1. Параметры HoFe3(BO3)4При ТS = 366 К [59, 60] в HoFe3(BO3)4 происходит структурный фазовый переход. При этомлокальная симметрия ионов Но3+ понижается от D3 при T > ТS до C2 при T < ТS. Выполненныйрасчет в рамках D3-симметрии показал возможность удовлетворительного описания кривыхнамагничивания и температурных зависимостей восприимчивости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
