Диссертация (1097685), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Видно, что экспериментальная криваяM(В) близка к усредненной кривой Ma,b,c.1352.0MbMa,b,c, B/форм. ед.NdCr3(BO3)4MaT=2K1.5Ma,b,cMc1.00.50.0012B, Tл345Рисунок 3.28. Кривые намагничивания NdCr3(BO3)4 при Т = 2 К. Значки – экспериментальныеданные на неориентированном образце [165], линии – расчет.3.7.3. Температурная зависимость магнитной восприимчивостиВ начальную восприимчивость NdCr3(BO3)4 дают вклад как упорядоченная при T < TNподсистема Cr, так и подсистема Nd, подмагниченная f–d-взаимодействием.
На представленныхна рисунке 3.29 рассчитанных кривых восприимчивости a,b,c(Т) видна их малая анизотропия впарамагнитнойобластитемператур.Рассчитанныезависимостиa,b,c(Т)вдольтрехкристаллографических направлений совпадают с экспериментальной восприимчивостью (Т)на неориентированном образце для температур T > 35 К.На вставке показана низкотемпературная область для Т < TN рассчитанных иэкспериментальнойзависимостей(Т).Видно,чтоэкспериментальнаякриваянанеориентированном образце практически совпадает с рассчитанной восприимчивостью с(Т).Также на экспериментальной (Т) и рассчитанной с(Т) отсутствует аномалия при TN 8 К,соответствующая антиферромагнитному упорядочению в Cr-подсистеме, которая хорошо виднана рассчитанных зависимостях в базисной плоскости a,b(Т), как и аномалии типаШоттки при T 2.3 К.136a,b,c, B/Тл форм.ед.0.5.bab0.40.4a0.2cTNc0.300.2268NdCr3(BO3)40.10.04050100150200T, K250300350Рисунок 3.29.
Температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости NdCr3(BO3)4для В = 0.1 Тл. Значки – экспериментальные данные на неориентированном образце [165],линии – расчет. На вставке – низкотемпературная область кривых (Т).3.7.4. ТеплоемкостьЭкспериментальные данные для теплоемкости NdCr3(BO3)4 [165] при В = 0 представленына следящем рисунке 3.30.
Как и для ферроборатов аномалия, обусловленная магнитнымупорядочением, хорошо обнаруживается на температурной зависимости теплоемкостиNdCr3(BO3)4, но ее значение (TN 8 К) почти в четыре раза меньше, чем в ферроборате неодима.Широкий пик вблизи температуры Т = 2 К является аномалией Шоттки.Расчет вклада Nd-подсистемы в теплоемкость NdCr3(BO3)4 в поле В = 0 позволяет хорошоописать наблюдаемую на эксперименте аномалию Шоттки вблизи Т = 2 К (см. рисунок 3.30).Расчеты показывают, что направление внешнего магнитного поля вдоль тригональной оси (B||с)должно привести к сдвигу аномалии Шоттки в область более высоких температур.13730NdCr3(BO3)4C, Дж/K моль25B=0B=0Bc = 3 Тл20TN151050012345T, K6789Рисунок 3.30.
Теплоемкость NdCr3(BO3)4. Значки – экспериментальные данные при В = 0 [165].Рассчитанные сплошная кривая (при В = 0) и штриховая кривая (при Вс = 3 Тл) – вклад Ndподсистемы в теплоемкость NdCr3(BO3)4.§3.8. TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4Главная сложность проведения теоретического исследования магнитных свойствхромоборатов TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4 обусловлена отсутствием опубликованных для нихэкспериментальных данных для магнитных характеристик. Однако основываясь на большомопытеисследованийферроборатовRFe3(BO3)4ихромоборатаNdCr3(BO3)4,длянеисследованных экспериментально хромоборатов TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4 удалосьпредложитьнаборактуальныхпараметровипредсказатьвозможныеаномалииихмагнитных свойств.Вычисление величин и ориентаций магнитных моментов R- и Cr-подсистем при решениисамосогласованных задач на основе записанных гамильтонианов и при условии минимумасоответствующеготермодинамическогопотенциалапозволилорассчитатьобластиустойчивости различных магнитных фаз, поля фазовых переходов, кривые намагничивания,восприимчивостьит.д.Конкретныйвидгамильтониановитермодинамическогопотенциала аналогичен выписанным в главе 2 для ферроборатов при замене железнойподсистемы на хромовую.1383.8.1.
Параметры TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4Итак, отсутствие экспериментальных данных магнитных свойств RCr 3(BO3)4 (R = Tb, Dy)не позволяет надежно определить для данных соединений параметры КП и обменных Cr-Cr иR-Cr взаимодействий. Поэтому в расчетах в качестве начальных использовались параметры дляхромобората NdCr3(BO3)4 и ранее определенные параметры для изоструктурных ферроборатовTbFe3(BO3)4, DyFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4 (см. общую для параметров ферроборатов таблицу6.11). Затем были проведены расчеты с сильно измененными актуальными параметрами,численные тесты при разных значениях температуры, магнитного поля и при разныхнаправлениях магнитного поля. В результате проведенных численных экспериментов удалосьсформулировать диапазон возможных значений актуальных параметров (см.
таблицу 3.7).Также в таблице 3.7 для сравнения приведены параметры для хромобората NdCr3(BO3)4.Таблица 3.7. Параметры редкоземельных хромоборатов RCr3(BO3)4 (R = Nd, Tb и Dy):Bdd1 (внутрицепочечное Сr–Cr), Bdd2 (межцепочечное Сr–Cr) и Bfd – низкотемпературныезначения обменных полей, соответствующих молекулярным константам 1, 2 и fd; М0 =|Mi(T = 0, B = 0)| = 9B – магнитный момент Cr в расчете на одну формульную;fd – низкотемпературное расщепление основного состояния РЗ иона вследствие f–dвзаимодействия; – парамагнитная температура Нееля для Cr-подсистемы.СоединениеNdCr3(BO3)4TbCr3(BO3)4DyCr3(BO3)4Bdd1 = 1M0, Тл1, Тл μBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл μB20.5–2.287.3–0.8115-25–1.7 (–2.8)7 (–0.8)20-30–2.2 (–3.3)7 (–0.8)Bfd = λ Rfd M0, Тл2.97 1.7 1.5λ , Тл μB–0.33 (–0.19) (–0.17)-1Δfd B g | fd | M 0 , см 3.7 15-25 10-15ЛПЛОЛО–25–27 (–35)–27 (–35)RfdНизкотемпературное магнитноесостояние (Т = 2 К), К3.8.2.
НамагниченностьПроведенные расчеты показали, что при низких температурах (Т = 2 К) и В = 0хромобораты TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4 имеют ориентацию магнитных моментов РЗ ихромовой подсистем вдоль тригональной оси с. Из рисунка 3.31 видно, что рассчитанные при139разных параметрах кривые намагничивания Mc(B) TbCr3(BO3)4 (рис. 3.31а) и DyCr3(BO3)4(рис.3.31б)демонстрируютзначительныйскачокнамагниченности,аналогичныйобнаруженному в ферроборатах TbFe3(BO3)4 и DyFe3(BO3)4. Скачок намагниченностиобусловлен спин-флоп-переходом в Cr-подсистеме от исходной коллинеарной фазы во флопфазу и сопровождается переориентацией вдоль направления поля В||с магнитных моментовобеих подрешеток ионов Tb3+ в TbCr3(BO3)4 и ионов Dy3+ в DyCr3(BO3)4. Из рисунка 3.31 видно,что для TbCr3(BO3)4 и DyCr3(BO3)4 вариации актуальных параметров в широких пределах маловлияют на наличие и характер аномалии на кривой Mc(B), в основном изменяя лишь значениеполя спин-флоп-перехода.ВозможноерасширитьэкспериментальноеперспективыподтверждениеисследованияРЗпредсказанныххромоборатовсвойствRCr3(BO3)4,позволитактуальныхсфундаментальной и практической точек зрения.Mc, B/ форм.ед.10a81364TbCr3(BO3)4T = 4.2 K2B||c010Mc, B/ форм.ед.2б81'62DyCr3(BO3)44T = 4.2 KB||c20302468B, TлРисунок 3.31.
Кривые намагничивания TbCr3(BO3)4 (a) и DyCr3(BO3)4 (б) при T = 4.2 K,рассчитанные с параметрами для TbFe3(BO3)4 (1), DyFe3(BO3)4 (1′), NdCr3(BO3)4 (2), иNdFe3(BO3)4 (3).140ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕСВОЙСТВАРАЗБАВЛЕННЫХБОРАТОВСДВУМЯМАГНИТНЫМИ ПОДСИСТЕМАМИИнтерес к исследованию разбавленных ферроборатов RxY1-xFe3(BO3)4, в частности,обусловлен возможностью управления величиной вклада в магнитные и другие свойствакристалла от РЗ и Fe-подсистем. Если в разбавленных ферроборатах RxY1-xFe3(BO3)4 в качествеR-иона использовать ионы, стабилизирующие ЛО структуру (Tb3+, Dy3+, Pr3+), то в результатеконкуренции вкладов в магнитную анизотропию соединения от железной (стабилизирующейЛП состояние) и РЗ подсистем будут созданы благоприятные условия для реализацииспонтанных и индуцированных спин-переориентационных переходов.Напомним, что в чистом YFe3(BO3)4 магнитные моменты Fe-подсистемы притемпературах T < TN = 37 лежат в базисной плоскости ab [106, 61, 64].
PrFe3(BO3)4 приT < TN = 32 K имеет ориентацию магнитных моментов празеодима и железа вдоль тригональнойоси с и проявляет спин-флоп-переход при В||с [49]. Таким образом, в результате конкуренцииразных вкладов в магнитную анизотропию PrxY1-xFe3(BO3)4 возможна перестройка магнитнойструктуры между ЛО и ЛП состояниями. Нейтронные исследования магнитной структуры [110]позволили установить, что переход от ЛО к ЛП структуре в PrxY1-xFe3(BO3)4 происходит черезформирование угловой магнитной структуры в диапазоне значение параметра х = 0.67-0.45.Была обнаружена немонотонная температурная зависимость угла наклона магнитных моментовжелеза для всех исследованных составов, но не зафиксировано никаких признаков спонтаннойспиновой переориентации в упорядоченной области температур.С целью изучения нового магнитного состояния в ферроборатах – угловой фазы и еетрансформации при разбавлении иттрием проведено масштабное исследование магнитныхсвойств ферробората PrxY1-xFe3(BO3)4 для большего набора концентраций x = 1, 0.75, 0.67, 0.55,0.45 и 0.25.
Также в главе приведены результаты исследования возможных аномалиймагнитных свойств для неисследованных экспериментально разбавленных ферроборатовRxY1-xFe3(BO3)4 (R = Dy и Tb).§4.1. PrxY1-xFe3(BO3)4Экспериментальные кривые намагничивания Mс,с(В) PrxY1-xFe3(BO3)4 (x = 0.75, 0.67, 0.55,0.45, 0.25) при T = 2 K приведены на рисунке 4.1 для направления магнитного поля вдольтригональной оси В||с (a) и в базисной плоскости Bс (б). Кривые начальной магнитнойвосприимчивости с,c(T) для соответствующих составов и направлений полей Вс,c = 0.1 Тлприведены на рисунке 4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
