Диссертация (1097685), страница 48

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

Текст из файла (страница 48)

Хорошо видимый пик на кривой 1 при Т ≈ 4.1 К, менеевыраженные пики вблизи 3.8 К и 13.4 К на кривой 2 и широкий пик при Т ≈ 10.6 К на кривой 3являются аномалиями Шоттки (отмечены на рисунке стрелками). На кривой 2 различимы такженебольшие острые пики при 22.6 К и 24.2 К, которые, по-видимому, связаны со спонтаннымспин-переориентационным переходом Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 из УГ в ЛП состояние.В=021C/T, Дж/моль K22.CNd2005CDy/10151231В=0/3/2TSR1TSR2/0105101520 25T, K303540Рисунок 6.24. Теплоемкость NdFe3(BO3)4 (1), Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 (2) и DyFe3(BO3)4 (3) дляВ = 0.

Значки – экспериментальные данные [69, 46, 147, 58], линии – рассчитанный вклад РЗподсистемы в теплоемкость: NdFe3(BO3)4 (штриховая кривая 1′), Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4(сплошная кривая2′) иDyFe3(BO3)4(штрихпунктирная кривая3′). На вставке–низкотемпературная область экспериментальной и рассчитанных (показаны составляющие РЗвклада) кривых C/T (Т) Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4.237Отметим,чтоаномалиянакривойC/T(Т),обусловленнаяспонтаннымспин-переориентационным переходом в HoFe3(BO3)4 (см.

§3.5), выражена значительно сильнее.Также на рисунке 6.24 приведен рассчитанный вклад РЗ подсистемы в теплоемкостьNdFe3(BO3)4 (кривая 1′), Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 (кривая 2′) и DyFe3(BO3)4 (кривая 3′). ВкладРЗ подсистемы в теплоемкость Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 (кривая 2′) до 22.6 К рассчитан дляначального УГ состояния, затем до 24.2 К в промежуточном состоянии, а для Т > TSR ≈ 24.2 К вЛПсостоянии.Навставкекрисунку6.24показананизкотемпературнаяобластьэкспериментальной и рассчитанных кривых C/T(Т) для Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4. Приведенрассчитанный вклад РЗ подсистемы (кривая 2′) и составляющие данного вклада от неодимовойи диспрозиевой подсистем.Из рисунка 6.24 видно, что расчет вклада РЗ подсистемы в теплоемкость соединенийNd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0, 0.25, 1) для В = 0 воспроизводит результаты эксперимента.Низкотемпературная аномалия Шоттки для Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 (кривые 2, 2′) обусловленавкладом от неодимовой подсистемы и связана с перераспределением населенностей уровнейосновного дублета иона Nd3+, расщепленного f–d-взаимодействием (см.

вставку на рис. 6.24).Аномалия Шоттки на экспериментальной кривой 2 вблизи 13.4 К обусловлена вкладом от Dyподсистемы, однако видно, что выраженность данной аномалии на суммарной расчетнойкривой 2′ ухудшается при учете вклада и от неодимовой части РЗ подсистемы. Также дляNd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 расчеты предсказывают сдвиг аномалии Шоттки в поле B||c с увеличениемполя в сторону больших температур.§6.3. Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4Напомним,чтоимеющаясяспектроскопическая[245,131],магнитная,магнитоэлектрическая и магнитоупругая [33, 92, 93] информация свидетельствует о том, чтомагнитные моменты железа в SmFe3(BO3)4 антиферромагнитно упорядочиваются при ТN  32–33 К и лежат в базисной плоскости ab. Также в базисной плоскости находятся магнитныемоменты самария, подмагниченные обменным полем железа.

Магнитные моменты железа вHoFe3(BO3)4 антиферромагнитно упорядочиваются при ТN  38-39 К и при понижении дотемпературы TSR  4.7-5 K лежат в базисной плоскости, также как и магнитные моменты ионовHo3+ [61, 142, 111]. При TSR  4.7-5 K происходит спонтанный спин-переориентационныйпереход, в результате которого магнитные моменты Fe- и Ho-подсистем становятсяориентированными вдоль тригональной оси [61]. Таким образом, в результате конкуренцииразных вкладов от ионов Sm3+ и Ho3+ в магнитную анизотропию замещенного ферроборатаSm1-xHoxFe3(BO3)4 возможно возникновение спонтанных и индуцированных магнитным полем238спин-переориентационных переходов от оси с к плоскости ab, подобно обнаруженным вферроборатах Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (см.

§6.2).6.3.1. Параметры Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4Параметры КП для ионов Sm3+ и Ho3+ в Sm1-xHoxFe3(BO3)4 не известны. Также нетопределенной информации о расщеплении основного мультиплета ионов Sm3+ и Ho3+ вSm1-xHoxFe3(BO3)4. Из спектроскопических исследований [245, 93] известно, что расщеплениеосновного дублета иона Sm3+ в SmFe3(BO3)4 составляет fd = 13.2 см-1, а нижняя частьмультиплета иона Sm3+ характеризуется значениями энергий: 0, 135, 220 см-1. Также нетинформации о наличии в ферроборатах Sm1-xHoxFe3(BO3)4 структурного фазового перехода,который обнаружен в случае чистого HoFe3(BO3)4 и отсутствует в SmFe3(BO3)4 (см.

таблицу1.1). Учитывая, что в исследуемом составе Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 существенно большаяконцентрация ионов Sm3+, проведем исследование магнитных свойств, предполагая, чтовысокотемпературная локальная D3-симметрия окружения РЗ ионов остается таковой и принизких температурах. Напомним, что для чистого ферробората HoFe3(BO3)4 расчет в рамках D3симметрии позволил удовлетворительно описать низкотемпературные кривые намагничиванияи температурные зависимости восприимчивости [260].Как уже отмечалось в параграфе §2.1, исследование соотношения вкладов от Sm0.7- иHo0.3-подсистем в намагниченность Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 в поле В = 9 Тл показало, что вклад Hoподсистемы составляет  99.9% в намагниченность Mс(В) и  97.9% в Mс(В). В результатеаргументированно определить параметры КП для Sm-подсистемы в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 нельзяи разумно при расчетах низкотемпературных магнитных свойств использовать единый наборпараметров КП и для ионов Sm3+ и для Ho3+ в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4.Для определения параметров КП были использованы экспериментальные данные длятемпературных зависимостей начальной магнитной восприимчивости Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 вдольтригональной оси и в базисной плоскости с,с(Т) в парамагнитной области от TN  35 К до300 К.

В качестве начальных значений параметров КП были взяты параметры для ранееисследованного HoFe3(BO3)4 [260]. Затем для каждого их найденных наборов параметров КПбыли выбраны те, которые наиболее хорошо описывают восприимчивости с(Т) и с(Т) впарамагнитной области, причем парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемыоказалась примерно одинаковой и равной  = –170 К. Для определения, какой из найденныхнаборов параметров КП позволяет описать всю совокупность измеренных магнитныххарактеристикSm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4,рассчитывалиськривыенамагничиваниявдольтригональной оси и в базисной плоскости Mс,с(B) при T = 2 K с тем, чтобы подобрать239параметрыλ Rfd(Sm–Fe-иHo–Fe-антиферромагнитныхвзаимодействий)1и(внутрицепочечного Fe–Fe-антиферромагнитного взаимодействия).Таким образом, руководствуясь перечисленными критериями описания кривых с,с(Т),Mс,с(B), из всех найденных на начальном этапе параметров КП был выбран набор, которыйпозволяет наиболее хорошо описать экспериментальные данные ( Bqk в см-1):В02  612 , В04  2270 , В34  825 , В06  200 , В36  55 , В66  490 .(6.3)Набору параметров (6.3) соответствуют приведенные в таблице 6.6 значения энергийнижних уровней основного мультиплета ионов Sm3+ и Ho3+ в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 при В = 0.Приведены значения энергий при Т > TN и с учетом f–d-взаимодействия при Т = 2 К.

Из таблицы6.6 видно, что учет f–d-взаимодействия при Т < TN приводит к снятию вырождения нижнихэнергетических уровней ионов Sm3+ и Ho3+, причем низкотемпературное расщеплениеосновного дублета иона Sm3+ в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 (fd = 10.6 см-1) согласуется с известным из[245, 93] расщеплением основного дублета иона Sm3+ в SmFe3(BO3)4 (fd = 13.2 см-1). Отметим,что в работах [245, 93] величина fd = 13.2 см-1 приведена для легкоплоскостного SmFe3(BO3)4 икорректнее сравниваться с ней, когда и Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 находится в ЛП состоянии (втаблице 6.6 расщепления при Т = 2 К приведены для отличного от ЛП состояния, см.

текстдалее).ВЛПсостоянииSm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4параметрам(6.3)соответствуетнизкотемпературное расщепление основного дублета иона Sm3+ fd = 12 см-1, которое ещеближе к fd = 13.2 см-1 из [245, 93]. Значения энергий нижних уровней основного мультиплетаиона Но3+ в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 также близки к найденным для иона Ho3+ в HoFe3(BO3)4 [260].Таблица 6.6. Значения энергий нижних уровней основного мультиплета ионов Sm3+ (шестьуровней) и Ho3+ (девять уровней) в Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4, расщепленных кристаллическим полеми с учетом f–d-взаимодействия при В = 0 в парамагнитной и упорядоченной областяхтемператур.RSmHoТ = Ei – E1, см-1 (iSm = 6, iHo = 9)Т > TN0, 0, 145, 145, 153, 153T=2K0, 10.6, 145, 151, 157.4, 165Т > TN0, 4.3, 4.3, 34.8, 37.8, 37.8, 134, 166, 166T=2K0, 7.8, 13.7, 37.8, 42.8, 47.8, 139, 167, 176240Представленные далее на рисунках теоретические магнитные характеристики рассчитаныдля параметров, приведенных в таблице 6.7, в которой для сравнения также приведеныпараметры HoFe3(BO3)4 и известные из литературы данные для SmFe3(BO3)4.Отметим, что в случае Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 в уравнение (2.6) были добавленыдополнительные слагаемые, и энергия анизотропии для i-ой подрешетки Fe-подсистемы имелавид (см., например, [265]):Фian  K2Fe sin2 θi  K4Fe sin 4 θi  K6Fe sin6 θi  K33Fe cos θisin3θi sin 3i +K66Fesin6θicos6i ,(6.4)где константа анизотропии K2Fe  0 стабилизирует легкоплоскостное антиферромагнитноесостояние, K4Fe  0 и K6Fe  0 – легкоосное состояние, K33Fe  0 и K66Fe  0 – константыанизотропии в базисной ab-плоскости, θi и  i – полярный и азимутальный углы векторамагнитного момента железа MiFe .

При T = 4.2 К одноосные константы K2Fe  3.75 Тл  μВ ,K4Fe  4.41 Тл  μВ и K6Fe  0.57 Тл  μВ и константы анизотропии железа в базисной плоскостиFeFeK33 0.69 Тл  μВ и K66 1.35  102 Тл  μВ .Таблица6.7ПараметрыSm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4,атакжеHoFe3(BO3)4иSmFe3(BO3)4:Bdd1 (внутрицепочечное Fe–Fe), Bdd2 (межцепочечное Fe–Fe) и Bfd – низкотемпературныезначения обменных полей, соответствующих молекулярным константам 1, 2 и λ Rfd ; М0 = 15B– магнитный момент железа в расчете на одну формульную единицу; fd – низкотемпературноерасщепление основного состояния РЗ иона вследствие f–d-взаимодействия (в УГ (конус осейлегкого намагничивания), ЛО и ЛП состояниях); θ1Fe – угол отклонения M1Fe от оси с; – парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.СоединениеBdd1 = 1M0, Тл1, Тл/µBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µBSmFe3(BO3)459–3.9331–2.1Bfd = λ Rfd M0, Тл48λ Rfd , Тл/µB–3.2-1Δfd  B g |  fd | M 0 , см13.2 (ЛП)[245]θ1Fe , (B = 0) 90ТN, К,К32 [245]125Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)459.5–3.9727–1.836 (Sm)2.85 (Ho)–2.4 (Sm)–0.19 (Ho) 10.6 (УГ) Sm 7.8 (УГ) Ho 63 (T = 2 K) 65.5 (T = 4.2 K) 70 (T = 30 K)35–170HoFe3(BO3)468–4.5326–1.733.49–0.23 10.6 (ЛО) 9.7 (ЛП)TSR  4.7 K 0 (T < TSR) 90 (T > TSR)37.4 [111]–210241Для расчета магнитных характеристик Sm0.7Ho0.3Fe3(BO3)4 при направлении внешнегомагнитного поля вдоль и перпендикулярно тригональной оси с использовались изображенныена рисунке 6.8 общие для замещенных ферроборатов схемы ориентаций магнитных моментовжелеза MiFe и редкой земли miR .

Характеристики

Список файлов диссертации