Диссертация (1097685), страница 52

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

Текст из файла (страница 52)

текст далее).Таблица 6.9. Значения энергий восьми нижних уровней основных мультиплетов ионов Ho3+ иNd3+ в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4, расщепленных кристаллическим полем и с учетом f–dвзаимодействия при В = 0 в парамагнитной и упорядоченной областях температур.RHoNd = Ei – E1, см-1 (i =1-8)ТТ > TN0, 0, 7.4, 18.6, 18.6, 24.8, 142, 15410 К > TSR0, 3.5, 16.7, 23.5, 30, 37.3, 145, 1608 К < TSR0, 11.2, 18, 24.6, 34.2, 42, 149, 157Т > TN0, 0, 50.8, 50.8, 72.2, 72.2, 218, 21810 К > TSR0, 10.1, 51.6, 59.8, 77.7, 77.8, 223, 2238 К < TSR0, 7.2, 52.3, 58.4, 70.8, 82.3, 218, 227Видно, что при T < TN учет f–d-взаимодействия приводит к снятию вырождения нижнихуровней.

При TSR энергетические уровни сдвигаются друг относительно друга: в случае Hoсдвиг нижних уровней приводит к увеличению расщепления от fd ≈ 3.5 до 11.2 cм–1, а в случаеNd данный сдвиг приводит к небольшому сужению уровней от fd ≈ 10.1 до 7.2 cм–1.Представленные далее на рисунках магнитные характеристики рассчитаны для параметровиз таблицы 6.10, в которой также приведены для сравнения параметры HoFe3(BO3)4 иNdFe3(BO3)4.

Также в расчетах участвовали одноосные константы анизотропии Fe-подсистемы( K2Fe  1.95 Т  μВ и K4Fe  1.83 Т  μВ при T = 4.2 K) и константа анизотропии железа в базиснойFeплоскости ( K66 1.35  102 Тл  μВ ).Для расчета магнитных характеристик Ho0.5Nd0.5Fe3(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  1  x  miHo  x miNd .6.4.2. Температурная зависимость магнитной восприимчивостиНа рисунке 6.33 изображены экспериментальные и теоретические температурныезависимости начальных магнитных восприимчивостей а,c(T) Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4.

Видно, что суменьшением температуры от 20 К экспериментальная кривая с(T) продолжает возрастать, чтохарактерно для ЛП состояния магнитной подсистемы, а при TSR ≈ 9 K происходит резкое258уменьшение восприимчивость с(T), которое можно объяснить, предположив наличие спинпереориентационного перехода из ЛП в начальное низкотемпературное состояние, характер иособенности которого в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 не очевидны. При этом удивительно, что величинаTSR в замещенном Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 почти в два раза больше, чем в чистом HoFe3(BO3)4.Таким образом, замещение ионов Ho3+ на ионы Nd3+ приводит к увеличению областиустойчивости начального низкотемпературно состояния магнитной подсистемы.Таблица 6.10.

Параметры Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 и для сравнения HoFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4: Bdd1(внутрицепочечное Fe–Fe), Bdd2 (межцепочечное Fe–Fe) и Bfd – низкотемпературные значенияобменных полей, соответствующих молекулярным константам 1, 2 и λ Rfd ; М0 = |Mi(T = 0,B = 0)| = 15B – магнитный момент железа в расчете на одну формульную единицу; fd –низкотемпературное расщепление основного состояния РЗ иона вследствие f–d-взаимодействия(в УГ (конус осей легкого намагничивания), ЛО и ЛП состояниях); TSR – температура спинпереориентационного перехода; θ1Fe – угол отклонения M1Fe от оси с; TN – температура Нееля; – парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.СоединениеBdd1 = 1M0, Тл1, Тл/µBBdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µBBfd = λ Rfd M0, Тλ Rfd , Tл/BΔfd  B g |  fd | M 0 ,см-1TSR, Кθ1Fe , (B = 0)ТN, К,КHoFe3(BO3)468–4.5326–1.73Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)460–427–1.83.75 (Ho)3.497.5 (Nd)–0.25 (Ho)–0.23–0.5 (Nd) 11.2 (УГ)Ho 3.5 (ЛП) 10.6 (ЛО) 9.7 (ЛП) 7.2 (УГ)Nd 10.1 (ЛП)4.7-5 [61, 142, 111]9 [142]θ1  0 (T < TSR)θ1  48 (T < TSR)θ1  90 (T > TSR)37.4-39[61, 142, 111]–210NdFe3(BO3)458–3.8727–1.87.1–0.478.8 (ЛП)θ1  90 (T > TSR)90 32 [142] 31–210–130Проведенные обширные расчеты различных магнитных фаз, которые могут бытьреализованы в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 при разных ориентациях магнитных моментов Ho-, Nd- и Feподсистем,позволилисделатьпредположение,чтопринизкойтемпературереализуется состояние, отличное и от ЛП, и от ЛО.

Возникает антиферромагнитная УГ фаза с2591.2Ba= 0.1 TлB||aTSRa,c, B/Тл форм.ед.1.0.Bc= 0.02 Tлa0.80.6cB||cTSRB||c0.40.20.0( в)cNd0.5Nd0.5m2FeM25FeM1m1Ho0.5m10Ho0.5m210T, K15abT < TSR20Рисунок 6.33. Рассчитанные (линии) и экспериментальные (значки) [142] температурныезависимости начальной магнитной восприимчивости Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 вдоль (c) иперпендикулярно (а) тригональной оси.отклоненными магнитными моментами железа от оси с на угол θ Fe ≈ 48 (при Т = 2 К), и врезультате при В = 0 реализуется структура конус осей легкого намагничивания (см. схему а нарисунке 6.8).

Причиной реализации такого возможного состояния является конкуренциявкладов от железной и РЗ подсистем в полную магнитную анизотропию Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4.Магнитная анизотропия железной и неодимовой подсистем стабилизирует ЛП магнитнуюструктуру. При TSR ≈ 4.7 K в HoFe3(BO3)4 происходит спин-переориентационный, в результатекоторого при T < TSR соединение является легкоосным. В замещенном ферроборатеHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 температура спин-переориентационного перехода существенно возрастаетдо TSR ≈ 9 K. Таким образом, можно полагать, что вклад Но-подсистемы в полную магнитнуюанизотропию Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 стабилизирует ЛО магнитную структуру по крайне мере дотемператур 9 К. В результате при определенных значениях температуры и поля магнитныемоменты железа могут быть ориентированы под углом θ Fe к оси с.Расчеты показывают, что предположенная УГ фаза с θ Fe ≈ 48 при Т = 2 К позволяетобъяснить и количественно описать наблюдаемую на эксперименте близи 9 К аномалию накривой c(T).

Резкое уменьшение c(T) при T = 9 К обусловлено сменой при понижении260температуры ЛП состояния на УГ состояние (см. схему на рисунке 6.33). Данный спинпереориентационный переход обусловлен различными температурными зависимостямиконкурирующих вкладов РЗ и Fe- подсистем в полную магнитную анизотропию кристаллаHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4.Видно, что результирующая намагниченность в начальной УГ фазе при Вc = 0.02 Тл(см. схему на рисунок 6.33)M c(УГ) 1HoNdM1Fecos θ1   M 2Fecos θ2   1  x  m1,2c  xm1,2 c ,2и в ЛП состоянии при Т > ТSR (схема г на рисунке 6.8)M c ЛП  1FeHoNdM1,2c  1  x  m1,2c  xm1,2 c ,2хорошо описывает экспериментальную кривую с(T).

Таким образом, увеличение температурыспин-переориентационного перехода в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 (по сравнению с HoFe3(BO3)4)обусловленорасширениемтемпературногодиапазонаустойчивостиначальногонизкотемпературного состояния вследствие его изменения с ЛО (как в чистом HoFe3(BO3)4) наугловое состояние.Расчеты также показывают, что отличие значений M c (УГ) и M c (ЛП) при температуре TSRв поле Вc = 0.02 Тл в основном обусловлено изменением вклада в намагниченностьHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 от Но-подсистемы.Из представленной на вставке на рисунке 6.34 рассчитанной температурной зависимостиугла поворота θ1Fe вектора M1Fe от тригональной оси с при Вc = 0.02 Тл видно, что вектор M1Fe сростом температуры стремится переориентироваться в плоскость ab перпендикулярнонаправлению поля. С приближением к температуре TSR ≈ 9 K скорость возрастания угла θ1Feувеличивается и при ТSR скачком меняется почти до 90.При намагничивании тригонального кристалла Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 в базисной плоскостиab в полях, меньших примерно 1.5 Тл, вклад в намагниченность дают все три возможныхдомена с осями антиферромагнетизма под углом 120 друг к другу (см.

схему д на рисунке 6.8).Суммарная намагниченность Ма для поля Вa = 0.1 Тл до и после спин-переориентационногоперехода достаточно хорошо описывает экспериментальную кривую а(T) (см. рисунок 6.33).Расчет Ма аналогичен описанному в пункте 6.2.3.1.Выполненные расчеты при температурах T > 20 K (см. рисунок 6.34) позволилипредсказать поведение слабоанизотропных кривых начальной магнитной восприимчивостиа,с(T) Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 в экспериментально неисследованном диапазоне температурот 20 до 250 K.261о.оB||cоB = 0.02 Tл1.0800.8701a,c, B/Тл форм.ед.90о600.6о50c0.40.20.0400246 8T, KaTN0TSRо5010015010 12200T, KРисунок 6.34.

Рассчитанные (линии) до 250 К и экспериментальные (значки) [142]температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 вдоль(c) и перпендикулярно (а) тригональной оси. На вставке показана температурная зависимостьугла отклонения θ1Fe магнитного момента M1Fe от оси с для B||c.6.4.3. ТеплоемкостьЭкспериментальные данные для теплоемкости Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 при B = 0 [142]представлены на рисунке 6.35 в координатах Cp/T(T).

Характеристики

Список файлов диссертации