Диссертация (1097685), страница 41

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

Текст из файла (страница 41)

При этом вклады Tb- и Er-подсистем в восприимчивость χcTb0.25Er0.75Fe3 ( BO3 )4 T более равноценны (см. рисунок 6.4а) и результирующая кривая χcTb0.25Er0.75Fe3 ( BO3 )4 T  , отличаясь иот 0.25 χcTbFe3 (BO3 )4 T  , и от 0.75 χcErFe3 ( BO3 )4 T  , оказывается близкой к χbTb0.25Er0.75Fe3 ( BO3 )4 T (см. рисунки 6.3 и 6.4).Отметим, что при расчете температурных зависимостей восприимчивости b,c(T) вупорядоченной области температур использовались параметры соединений, определенные прианализе полевых зависимостей кривых намагничивания, подгоночных параметров не было.6.1.4. Теплоемкость Tb1-xErxFe3(BO3)4 (x = 0, 0.75, 1)Экспериментальные данные для теплоемкости TbFe3(BO3)4 (кривая 1 из [55]) и ErFe3(BO3)4(кривая 2 из [64]) при В = 0 представлены на рисунке 6.5 в координатах C/T(Т). Широкий пиквблизи 19 К на кривой 1 и хорошо видимый пик на кривой 2 при Т ≈ 2.2 К являютсяаномалиями Шоттки.

Также на рисунке 6.5 приведен рассчитанный вклад РЗ подсистемы втеплоемкость TbFe3(BO3)4 (кривая 1′), ErFe3(BO3)4 (кривая 2′) и Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 (кривая 3).На вставке к рисунку 6.5 показана низкотемпературная область рассчитанных кривых C/T(Т)для Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4. Показан рассчитанный вклад РЗ подсистемы (кривая 3) исоставляющие данного вклада от Tb- и Er-подсистем.Из рисунка 6.5 видно, что расчет вклада РЗ подсистемы в теплоемкость соединенийферроборатов Tb1-xErxFe3(BO3)4 (x = 0, 1) для В = 0 воспроизводит результаты эксперимента.В случае замещенного ферробората Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 расчет суммарного вклада от Tb- иEr-подсистем дает слабо выраженный широкий пик на кривой C/T(Т) вблизи 25 К (см.

вставкуна рисунке 6.5).198C/T, Дж/моль K23В=0C/T, Дж/моль K20.120.00CErCTb1020T, K30112В=02/130051015/20 25T, K303540Рисунок 6.5. Теплоемкость TbFe3(BO3)4 (1) и ErFe3(BO3)4 (2) для В = 0. Значки –экспериментальные данные: 1 – [55] и 2 – [64], линии – рассчитанный вкладРЗ подсистемы в теплоемкость ферроборатов:TbFe3(BO3)4 (1′), ErFe3(BO3)4 (2′) иTb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 (3). На вставке – низкотемпературная область рассчитанного вклада РЗподсистемы в теплоемкость Tb0.25Er0.75Fe3(BO3)4 (показаны составляющие РЗ вклада).§6.2. Nd1-xDyxFe3(BO3)4Удобными РЗ ионами для получения и исследования замещенного ферробората сконкурирующими обменными взаимодействиями являются ионы Nd3+ и Dy3+. При T < TN ≈ 31 Kв NdFe3(BO3)4 магнитные моменты Nd- и Fe-подсистем лежат в базисной плоскости ab [7, 115],а ферроборат DyFe3(BO3)4 при T < TN ≈ 39 K имеет ориентацию магнитных моментов Dy и Feвдоль тригональной оси с и проявляет спин-флоп-переход при В||с [214].

В результатеконкуренции разных вкладов от ионов Nd3+ и Dy3+ в магнитную анизотропию замещенныхферроборатов Nd1-xDyxFe3(BO3)4 возможно возникновение спонтанных и индуцированныхмагнитным полем спин-переориентационных переходов от с-оси к ab-плоскости.Для Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 [141, 144, 46, 147, 151] и Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15,0.4) [46, 147-149] были обнаружены аномалии в поведении магнитной восприимчивости,намагниченности,спонтаннойэлектрическойполяризацииимагнитострикции,магнитоакустических характеристик, построены Н–T-диаграммы возможных магнитных фаз.В работе [141] показано, что в Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 ниже ТN ≈ 32 К антиферромагнитное199состояние является ЛП, и аномалия на кривых магнитной восприимчивости вблизи T ≈ 25 Кобусловлена спин-переориентационным переходом из ЛП в ЛО состояние.Повышенный интерес к ферроборатам Nd1-xDyxFe3(BO3)4, в частности, обусловлен тем,что к данному моменту имеются экспериментальные данные с несовпадающим числоманомалий на кривых намагничивания Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 при В||с [141, 147, 46].Высказываются разные мнения о природе и механизмах наблюдаемых аномалий, появляютсяотличающиеся Н–T диаграммы возможных магнитных фаз [141, 144, 147, 151].

Например, вработах [46, 147] обнаружены ступенчатые аномалии на кривых намагничивания Mс(B)Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4, а на аналогичных зависимостях в работе [141] наблюдалась только однааномалия. В работе [144] изучены упругие свойства Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 ультразвуковымметодом. Исследованы особенности на температурных и магнитополевых зависимостяхскорости и поглощения поперечного звука. Эти особенности трактуются как проявлениямагнитныхфазовыхпереходов.Представленотличающийсяот[141]вариантнизкотемпературной части фазовой Н–T диаграммы.Данныйпараграфпосвящентеоретическомуисследованиюнизкотемпературныхмагнитных фазовых переходов в Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.25, 0.4), сравнениюполученных экспериментальных данных с результатами расчетов, проведенных в рамкахединого теоретического подхода, и определению параметров соединений.6.2.1.

АнализэкспериментальныхкривыхнамагниченностиивосприимчивостиNd1-xDyxFe3(BO3)4Экспериментальные кривые намагничивания Mс,с(В) Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15,0.25, 0.4) при T = 2 K приведены на рисунке 6.6 для направления магнитного поля вдольтригональной оси В||с (a) и в базисной плоскости Bс (б). Низкотемпературный диапазонкривых начальной магнитной восприимчивости с,c(T) для соответствующих составов инаправлений полей Вс,c = 0.1 Тл приведен на рисунке 6.7.

Также для сравнения на данныхрисунках показаны кривые для соединений с крайними значениями параметра замещения(x = 1 и 0) и с определенной ранее магнитной структурой: легкоосного DyFe3(BO3)4 илегкоплоскостного NdFe3(BO3)4.Анализ представленных зависимостей показывает, что кривые располагаются всоответствии с последовательным изменением параметра x = 0 – 1 за исключениемнизкотемпературного диапазона T < 10 К кривых с(T) составов с x = 0.25 - 1 (рис. 6.7а). Видно,что полевые зависимости намагниченности, измеренные вдоль тригональной оси с, длявсех представленных составов за исключением чистого NdFe3(BO3)4 имеют ступенчатый вид,200DyFe (T = 1.8 K)(a)DyFe (T = 4.2 K)x = 0.4x = 0.25x = 0.15Вcx = 0.1Т=2Кx = 0.05NdFeMc, B/форм.

ед.7654321Mc, B/форм. ед.0DyFe (T = 4.2 K)x = 0.4x = 0.25x = 0.15x = 0.1x = 0.05NdFe2(б)ВcТ=2К10012В, Тл3Рисунок 6.6. Экспериментальные кривые намагничивания Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0 [69], 0.05,0.1, 0.15, 0.25, 0.4 [147, 148, 149, 262, 46]) для В||с (a) и Bс (б) при T = 2 К и DyFe3(BO3)4 приT = 1.8 [141] и 4.2 К [58].характерный для спин-переориентационного перехода. Поле спин-переориентационногоперехода (ВSR) согласованно растет с ростом вклада от Dy-подсистемы.Особое внимание привлекает обнаруженный на Mc(В) для образцов с х = 0.15 и 0.25необычный двухступенчатый характер спиновой переориентации (см. рисунок 6.6a). С ростомполя происходит первый (менее выраженный) скачок намагниченности, а затем следует болеезначительный второй скачок.

При этом для составов с х = 0.1 и 0.4 из-за малого количестваэкспериментальных точек данные ступеньки “размыты” по полю и, как будет приведенона рисунках далее, видны при измерении намагниченности с большим количеством точек.201DyFex = 0.4x = 0.25c, B/Тл форм. ед.1.0(a)x = 0.15x = 0.1x = 0.05NdFe0.8Bc0.60.40.2c, B/Тл форм. ед.0.00.8x = 0.15x = 0.1x = 0.05NdFe(б)DyFex = 0.4x = 0.250.6Bc0.40.20Рисунок6.7.10Экспериментальные20T, Kтемпературные3040зависимостиначальноймагнитнойвосприимчивости Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0 [69], 0.05, 0.1, 0.15, 0.25, 0.4 [147, 148, 149, 262, 46]и 1 [58]) для В||с (a) и Bс (б) при T = 2 К и Вс,c = 0.1 Тл.Подобный ступенчатый вид возрастания с полем намагниченности Mс(B) сохраняется и приболее высоких температурах.

Причем с возрастанием температуры наблюдается рост полейперехода BSR. Кривые Mс(В) для температур Т > 25 К (для х = 0.4) и Т > 8 (для х = 0.1) линейновозрастают с ростом поля. Для состава с наименьшим параметром замещения х = 0.05 скачок наMс(B) и его особенности выражены наиболее слабо.Отметим, что из всех исследованных концентраций только состав с х = 0.05демонстрирует аномалии и для направления поля вдоль тригональной оси, и в базиснойплоскости. Кривая Mс(В) Nd0.95Dy0.05Fe3(BO3)4 имеет вид, типичный для ЛП характера202магнитной подсистемы соединения, и, как видно из рисунка 6.6б, наиболее близка кзависимостям для легкоплоскостного NdFe3(BO3)4.Анализ кривых восприимчивости с,с(T) Nd1-xDyxFe3(BO3)4 в упорядоченной областитемператур (T < TN) дает возможность детально проследить трансформацию магнитнойструктуры соединения при изменении параметра х (см.

рисунок 6.7). С ростом параметра хвозрастающий вклад Dy-подсистемы приводит к трансформации низкотемпературногомагнитного состояния, что приводит к смещению ярких пиков в область больших температур иизменению их формы. Обнаруженные на кривых c(T) изломы выражены существенно слабееи с ростом х сдвигаются в большие температуры, пропадая для состава с х = 0.4. В случаеNd0.75Dy0.25Fe3(BO3) в работе [141] показано, что аномалии на кривых с,с(T) вблизи 25 Кобусловлены спин-переориентационным переходом из ЛП в ЛО состояние. Также из рисунка6.7а видно, что кривые c(T) для x = 0.05 по форме близки к аналогичным зависимостям длялегкоплоскостного NdFe3(BO3)4.Если сравнить температурные зависимости с,c(T) для представленных составов, томожно отметить, что в парамагнитной области (T > TN) восприимчивость увеличиваются сростом х, что обусловлено увеличением вклада РЗ подсистемы в суммарную восприимчивостьсоединения Nd1-xDyxFe3(BO3)4.6.2.2.

Параметры Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05, 0.1, 0.15, 0.25, 0.4)Параметры КП для ионов Nd3+ и Dy3+ в Nd1-xDyxFe3(BO3)4 не известны. Также нетопределенной информации о расщеплении основного мультиплета ионов Nd3+ и Dy3+ вNd1-xDyxFe3(BO3)4. Учитывая малую степень замещения ионов Nd3+ на ионы Dy3+ вNd1-xDyxFe3(BO3)4, в составах с x = 0, 0.05, 0.1, 0.15 и 0.25 полезными при расчетах будутданныеоструктуреосновногомультиплетаионаNd3+вчистомNdFe3(BO3)4.Из спектроскопических исследований [124] известно, что расщепление основного дублета ионаNd3+ в NdFe3(BO3)4 составляет fd = 8.8 см-1. Используя данные о fd и обширныеэкспериментальные данные о магнитных свойствах NdFe3(BO3)4 при участии авторадиссертации в работе [115], рассчитана структура основного мультиплета иона Nd3+, котораяхарактеризуется значениями энергий (при T = 2 K): 0, 8.8, 69.8, 69.9, 141, 148 см-1.Для определения параметров КП были использованы экспериментальные данные длятемпературных зависимостей начальной магнитной восприимчивости c,c(T).

В качественачальных значений параметров КП были взяты параметры для ранее исследованных чистыхферроборатов NdFe3(BO3)4 и DyFe3(BO3)4. Полученные параметры, сильно отличающиеся отстартовых, отбрасывались, поскольку для РЗ соединений определенной структуры параметры203КП не слишком сильно различаются по РЗ ряду. Для каждого из отобранных наборов былопроверено, что восприимчивости c(T) и c(T) в парамагнитной области описываются хорошо.Для определения, какой из найденных наборов параметров КП позволяет описать всюсовокупность экспериментальных магнитных характеристик Nd1-xDyxFe3(BO3)4, рассчитывалиськривые намагничивания вдоль тригональной оси и в базисной плоскости Mс,с(B) при T = 2 K стем, чтобы подобрать параметры λ Rfd (антиферромагнитных Nd–Fe- и Dy–Fe-взаимодействий) и1 (внутрицепочечного антиферромагнитного Fe–Fe-взаимодействия).Следующим важным критерием окончательного выбора параметров КП является описаниеобнаруженной в Nd1-xDyxFe3(BO3)4 температуры спонтанного спин-переориентационногоперехода TSR (см.

Характеристики

Список файлов диссертации