Диссертация (1097685), страница 4
Текст из файла (страница 4)
По теме диссертации опубликовано 71 научная работа, включая 26 статей врецензируемых научных изданиях и 45 трудов и тезисов докладов на конференциях. Списокпубликаций приведен в конце диссертации.12Личный вклад. Все представленные в диссертационной работе результаты теоретическогоисследования были получены автором самостоятельно или при его определяющем участии.Интерпретация экспериментальных данных для некоторых представленных в работе магнитныхи магнитоупругих характеристик чистых ферроборатов RFe3(BO3)4 (R = Tb, Nd, Dy и Pr) иопубликованных до 2010 года проводилась под руководством Н.П. Колмаковой иА.Н. Васильева и в тесном сотрудничестве с Д.В.
Волковым. Оригинальные программы,позволяющие рассчитывать магнитные и магнитоупругие свойства чистых ферроборатовRFe3(BO3)4 (R = Tb, Nd, Dy и Pr), были созданы автором диссертации под руководствомН.П. Колмаковой и при участии Д.В. Волкова. При описании намагниченности ферроборатовRFe3(BO3)4 (R = Sm, Ho, Er) и магнитострикции алюмоборатов RAl3(BO3)4 (R = Ho, Tm)обсуждение полученных результатов проведено с Д.В. Волковым. Для всех другихисследованных соединений автором самостоятельно поставлены задачи, созданы оригинальныепрограммы для численных расчетов, получены результаты расчетов и проведена интерпретацияэкспериментальных данных.Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения,списка опубликованных работ и списка цитируемой литературы. В шести главах изложеныоригинальные результаты. Работа изложена на 370 страницах, включая 172 рисунка, 27 таблици список литературы из 287 наименований.13ГЛАВА 1.РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ БОРАТЫ RМ3(BO3)4За последние десятилетия в физике твердого тела достигнут значительный прогресс визучении взаимодействия различных подсистем кристалла друг с другом. Особое местозанимает исследование возможности эффективного управления магнитными и электрическимисвойствами материалов, поскольку это является одной из важных задач современнойэлектроники.Соединения,вкоторыходновременносуществуютмагнитноеисегнетоэлектрическое (или антисегнетоэлектрическое) упорядочения, получили названиесегнетомагнетиков [9]. Термин “мультиферроик“ был введен Г.
Шмидтом для описанияматериалов, в которых одновременно присутствуют хотя бы два из трех параметров порядка:магнитный, электрический и упругий [10]. В настоящее время термин “мультиферроик“ болеешироко распространен в литературе. Описанию и изучению мультиферроиков посвященымонографии и обзоры [9, 11, 12, 13, 14] и недавний обзор А.П. Пятаков и А.К. Звездина [15].Вмультиферроикахпривыполненииопределенныхпространственно-временныхсимметрийных условий возможно взаимодействие между подсистемами, что открывает новыевозможности для создания приборов, основанных на взаимном контроле магнитных,электрических и деформационных состояний.
Появление мультиферроиков с гигантскимиэффектами [16, 17, 18, 19, 20, 21] расширяет новые потенциальные возможности для ихприменений в информационных системах в качестве сенсоров и в устройствах спинтроники.Недавно был обнаружен новый класс мультиферроиков – редкоземельные ферробораты собщей формулой RFe3(BO3)4 (R – РЗ элемент) [6, 7], которые характеризуются необычнымсочетанием ряда физических свойств. Они кристаллизуются в тригональной структуре типахантита, описываемой нецентросимметричной пространственной группой R32 с тремяформульными единицами в элементарной ячейке, Z = 3 [22].
Авторами работы [23] отмечено,что кристаллы со структурой хантита имеют ту же точечную группу 32, что и кристаллическийкварц, но радикально отличаются от кварца химическим составом и, следовательно,физическими свойствами.Прозрачные РЗ бораты с общей формулой RM3(BO3)4 (R = Y, La - Lu; M = Al, Sc, Cr, Fe,Ga) хорошо известны как материалы, которые соединяют в одной кристаллической матрице дваоптических свойства: способность быть активной средой для лазеров и возможность генерациивторой гармоники [24].
В РЗ боратах RFe3(BO3)4 с двумя магнитными подсистемами(редкоземельной и железной) наблюдаются структурные и яркие магнитные фазовые переходы,характер которых в ряде случаев к настоящему времени еще не совсем выяснен [22, 25, 26, 27].Бораты с одной магнитной подсистемой (алюмобораты RAl3(BO3)4) сочетают люминесцентныеи ярко выраженные нелинейные оптические свойства [28, 29, 30]. К важным результатам стоит14отнести недавнее обнаружение в алюмоборате HoAl3(BO3)4 гигантского магнитоэлектрическогоэффекта [8]. Гигантская магнитоэлектрическая поляризация HoAl3(BO3)4 достигает 3600мкКл/м2 [8, 31] и в разы превышает известные максимальные значения поляризации, в томчислеивферроборатах.Вомногомнеожиданныйрезультатрезкогоувеличениямагнитоэлектрического эффекта при замене в боратах RM3(BO3)4 магнитной подсистемы (Fe)на немагнитную (Al) вызвал большой интерес в научном мире и усиленно исследуется разныминаучными группами.В обзоре А.Н.
Васильева и Е.А. Поповой “Редкоземельные ферробораты RFe3(BO3)4” [32]приводятся результаты исследований, опубликованных до марта 2006 года. В обзоре описансинтез РЗ ферроборатов, представлена их кристаллическая структура и описаны динамическиесвойства решетки. Магнитная подсистема описана на примере наиболее изученногоферроборатаGdFe3(BO3)4.мультиферроэлектрическихВобзореэффектоввтакжеприведеныРЗферроборатах.результатыВисследованияследующемобзореА.М. Кадомцевой с соавторами [33] представлены результаты комплексных исследованиймагнитных, электрических, магнитоэлектрических и магнитоупругих свойств РЗ ферроборатовRFe3(BO3)4 (R = Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er), опубликованных до ноября 2009 года.Установлена сильная зависимость не только магнитных, но и магнитоэлектрических свойств оттипа РЗ иона, в частности от его анизотропии, которая определяет как магнитную структуру,так и значительный вклад в электрическую поляризацию.
Выявлена тесная корреляциямагнитоупругих свойств ферроборатов с магнитоэлектрическими и магнитными аномалиямипри индуцированных магнитным полем фазовых переходах. Помимо антиферромагнитногофазового перехода, впервые рассмотрены особенности структурного фазового перехода,сопровождаемого аномалиями диэлектрических и магнитоэлектрических свойств.Следует отметить, что значительная часть исследований разных физических свойств былапроведена на монокристаллах боратов RM3(BO3)4, синтезированных в группе Л.Н. Безматерныхи И.А Гудим в Институте физики им. Л.Н.
Киренского (г. Красноярск).§1.1.Кристаллическая структураПервые представители РЗ боратов с общей формулой RM3(BO3)4 (R = Y, La-Lu, In и Bi; M= Al, Sc, Fe, Ga) были получены более 50 лет назад [34], начиная с 1995 года известно более 70соединений [35]. Было установлено, что кристаллическая структура данных соединенийизоморфна структуре карбонатного минерала хантита CaMg3(CO3)4, который обладаетпространственной группой R32 [34, 36, 37]. Авторами работы [38] проведены исследованияметодами рентгеновской дифракции на синтезированных поликристаллических образцах15RFe3(BO3)4 (R = La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho и Y). Затем были выращены монокристаллыRFe3(BO3)4 с R = Y, La, Nd, Gd, Er [39, 40, 35, 41] и определена их кристаллическая структура изданных по рентгеновской дифракции [22].
Также в [22] детально описано распределение атомовв элементарной ячейке и измерена магнитная восприимчивость ферроборатов с R = Y, La, Nd.К настоящему времени известно довольно много представителей этого семейства.Изучены области их кристаллизации в различных поликомпонентных системах, растворимость,кинетика роста отдельных кристаллов. Предложена раствор-расплавная системадлявыращивания монокристаллов РЗ алюмоборатов, галлоборатов и ферроборатов на основетримолибдата висмута и оксида бора методом группового выращивания на затравках[42, 43, 44, 45].
Выращены монокристаллы со смешанной РЗ подсистемой R1(1)x R (x2) M3 (BO3 )4[44, 46, 47, 48].1.1.1. Структурный фазовый переходПри высоких температурах все кристаллы семейства ферроборатов RFe3(BO3)4 имеюттригональную структуру, которая принадлежат к пространственной группе R32. В соединенияхс малым ионным радиусом РЗ иона (R = Eu - Er) имеет место структурный фазовый переход,температура которого TS возрастает с уменьшением ионного радиуса (см. таблицу 1.1).Таблица 1.1. Свойства редкоземельных ферроборатов RFe3(BO3)4.РЗ ионИонный радиус, ATS, KTN, KLaPrNdSmEu1.0611.0130.9950.9640.950Gd0.93822 [25]32 [49]32 [7]32 [25]32 [25]37 [52]36 [25]32 [53]Tb0.923DyHo0.9080.89488 [50,25]58 [51]155 [54]143 [53]174 [25]241 [25], 201.5 [54],192 [55, 56], 200 [53]340 [25], 285 [57]427 [25],366 [59, 60]Er0.881Y0.894o520 [62]433-439 [63]445 [54, 25]40[55, 25]38 [58]38 [61]Тип упорядочениямагнитной подсистемы(легкоосная (ЛО) илегкоплоскостная (ЛП))ЛОЛПЛПЛПЛО при T < TSRЛП при T > TSRTSR = 9 K [27]ЛО38 [64]ЛОЛО при T < TSRЛП при T > TSRTSR = 5 K [61]ЛП37 [61]ЛП16Соответствие кристаллической структуры ферроборатов RFe3(BO3)4 при высокихтемпературах (T > ТS) тригональной симметрии R32 было также показано в работах,посвященных изучению динамических свойств кристаллической решетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
