Диссертация (1097685), страница 53

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

Текст из файла (страница 53)

Хорошо видимый резкий пик вблизи 8 Кна Cp/T(T) обусловлен спонтанным спин-переориентационным переходом из УГ состояния вЛП. Также на рисунке 6.35 приведены рассчитанный вклад РЗ подсистемы в теплоемкостьHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4исоставляющиеданноговкладаотНо-иNd-подсистем.Вклад РЗ-подсистемы в теплоемкость до TSR рассчитан для УГ состояния, а при Т > TSRв ЛП состоянии.ИзрисункаHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)46.35видно,чтовоспроизводитрасчетрезультатывкладаРЗподсистемыэксперимента.Расчетывтеплоемкостьпоказали,чтослабовыраженная низкотемпературная аномалия Шоттки на экспериментальной кривой Cp/T(T)вблизи T  3.5 K обусловлена вкладом от Nd-подсистемы и связана с перераспределениемнаселенностей уровней основного дублета иона Nd3+, расщепленного f–d-взаимодействием.Аномалия Шоттки на рассчитанной для Но-подсистемы кривой вблизи 6.5 К (тонкая штриховая262кривая) становится менее выраженной на суммарной расчетной при учете вклада и отнеодимовой части РЗ подсистемы.

Из расчетов следует, что если бы в Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 припонижении температуры не произошел бы спин-переориентационный переход, то для ЛПсостояния аномалия Шоттки находилась бы вблизи 1.5 К.Cp/T, Дж/моль K21.5B=0.1.0TSRCУГ0.5CHoCЛПCNd0.005T, K1015Рисунок 6.35. Теплоемкость Ho0.5Nd0.5Fe3(BO3)4 (значки) [142] и рассчитанный (линии) вкладредкоземельной подсистемы (приведены вклады от Но- и Nd-подсистем) в теплоемкостьHo0.5Nd0.5Fe3(BO3)4.§6.5. Параметры редкоземельных ферроборатов RFe3(BO3)4Количественная интерпретация имеющихся экспериментальных данных для магнитных имагнитоупругих характеристик чистых, замещенных и разбавленных ферроборатов RFe3(BO3)4позволила определить актуальные параметры соединений в рамках единого подхода, которыедля случая чистых составов приведены в таблице 6.11.

В случае разбавленных и замещенныхсоставов ферроборатов актуальные параметры приведены в таблицах в главах 4 и 5.Вцеломпредставленныевтаблице6.11параметры,характеризующиеFe-Feантиферромагнитное взаимодействие (1 и 2), и соответствующие им значения обменныхполей (Bdd1 и Bdd2) мало различаются по РЗ ряду. Однако ряд отличительных особенностей дляHoFe3(BO3)4 (наличие спин-переориентационного перехода) и SmFe3(BO3)4 (определенноев эксперименте большое расщепление основного дублета иона Sm3+ при малом значении263Таблица 6.11.

Параметры исследованных ферроборатов RFe3(BO3)4: Bdd1 (внутрицепочечноеFe–Fe), Bdd2 (межцепочечное Fe–Fe) и Bfd – низкотемпературные значения обменных полей,соответствующих молекулярным константам 1, 2 и fd; М0 = |Mi(T = 0, B = 0)| = 35B = 15B –магнитный момент Fe в расчете на одну формульную единицу; fd – низкотемпературноерасщепление основного состояния иона R3+ вследствие f–d-взаимодействия; BSR – поле спинпереориентационногоперехода(вскобкахпоказанавеличинаскачканакривойнамагничивания); (В) – величина изменения магнитострикции в поле BSR; AR – коэффициентописывающий величину скачка (В) при BSR; TSR – температура спин-переориентационногоперехода; gс и gc – компоненты g-тензора основного состояния РЗ иона; TN – температураНееля;  – парамагнитная температура Нееля для Fe-подсистемы.RМагнитноесостояниеPrNdSmTbDyHoErYЛОЛПЛПЛОЛОЛОЛПЛПЛПBdd1 = 1M0, Тл43.258596862.565.51, Тл/µB–3.35–3.87–3.93–4.53–4.16–4.37Bdd2 = 2M0, Тл2, Тл/µBBfd = fdM0, Тлfd, Тл/µBΔfd  B g |  fd | M 0 ,29–2.2511.5–0.8527–1.87.1–0.4731–2.148–3.226–1.731.3–0.0936–2.453.58.813.20.7(0.05)1(0.02)см-1 ВSR, Тл(M, В)(T = 2 K)В||c4.6(1)Вcа(Ва) при ВSR, 10-610.2(T = 4.2 K)а(Вb) при ВSR, 10-6(T = 4.2 K)а(Вс) при ВSR, 10-6(T = 4.2 K)с(Вс) при ВSR, 10-64.1(T = 4.2 K)AR, 10-3–0.93 –0.79TN, K30.5-3231TSR, K2.6Компонентыgсg-тензораgc4.531, К–133–13055.55370*–3.7–3.53–4.67*2628–1.73 –1.873.93.3–0.26 –0.2226–1.733.49–0.2310.6(ЛО)32199.7(ЛП)3.5 (9) 2.8 (7)0.56(4.2 K) (4.2 K)(0.75)0.94(0.4) 5.70.3(0.01)480.55(0.04)22.55–2.963210.7(10 К)–2.540–0.18390.590.25–1250.217.86–120213–1800.5–0.2737.44.76.5–2103837-3810.61.2–145–130*Значения данных параметров получены при описании кривых намагничивания Mс(T) изработы [56] (см.

параграф §3.2).264компоненты g–тензора gа) приводят к заметно отличающимся от других РЗ ионов параметрам.Например, для SmFe3(BO3)4 обменное поле Bfd значительно превышает аналогичные значения вдругих ферроборатах. Слабоанизотропные ионы Pr3+, Nd3+ и Sm3+, по сравнению с Tb3+, Dy3+ иEr3+ (см. значение компонент g-тензора), испытывает заметно большее подмагничивающее полеBfd со стороны Fe-подсистемы. Прослеживается уменьшение обменного поля Bfd с ростом числаэлектронов в 4f оболочке РЗ иона при переходе от празеодима к эрбию.

Наличие двух обменныхпараметров 1 (связан с внутрицепочечным взаимодействием) и 2 (связан с межцепочечнымвзаимодействием), является следствием рассмотрения магнитных свойств соединений сцепочечной структурой в приближении молекулярного поля.Отметим, что точность определения обменных параметров зависит от точностисоответствующих экспериментальных данных, в которые входит и спектроскопическаяинформация, и чувствительности рассматриваемых термодинамических характеристик кданному параметру. Например, в таблице 6.11 для R = Tb приведены два значения поля Bdd1,которые получаются при описании экспериментальных кривых намагничивания из разныхработ (см.

§3.2). Параметр Bfd в случае R = Tb и Dy определяется с большой точностью (ошибкаменее 0.2 Тл) из начальных участков кривых намагничивания при B||c, которые чрезвычайночувствительны к его величине. В случае другого ЛО ферробората R = Pr с меньшейанизотропией данная зависимость выражена слабее, но достаточной для определения поля Вfd(ошибка менее 0.5 Тл). Для ЛП ферроборатов R = Sm, Nd и Er параметр Bfd был найден изэкспериментально определенных расщеплений fd.В следующей таблице 6.12 приведены параметры КП для РЗ ионов в чистых ферроборатахRFe3(BO3)4, с которыми были рассчитаны магнитные и магнитоупругие характеристики.Таблица 6.12. Параметры кристаллического поля (в см-1) для РЗ ионов в исследованных чистыхферроборатах RFe3(BO3)4.СоединениеВ02В04В43В06В63В66СсылкаPrFe3(BO3)4556–1447876534165376[126]SmFe3(BO3)4400–13201290NdFe3(BO3)4626–1261750485120386TbFe3(BO3)4464–1256608.535273270DyFe3(BO3)4408–169785354660–283HoFe3(BO3)4*469–143163342951379ErFe3(BO3)4314–185396523426–159[130]*Для HoFe3(BO3)4 приведены только 6 из 15 параметров КП иона Ho3+ для С2-симметрии(см.

§3.5).265ГЛАВА 7. МАГНИТНЫЕ И МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧИСТЫХ ИЗАМЕЩЕННЫХ БОРАТОВ С ОДНОЙ МАГНИТНОЙ ПОДСИСТЕМОЙНапомним, что гигантская магнитоэлектрическая поляризация HoAl3(BO3)4 в поле 7 Тлдостигает Pаb(Bb) ≈ 3600 мкКл/м2 при Т = 3 К [8, 31] и в разы превышает известныемаксимальные значения поляризации, в том числе и в ферроборатах (см. также таблицу 1.4 впункте 1.3.2). В недавно вышедшей работе [182] удалось обнаружить, что поперечнаяполяризация HoAl3(BO3)4 достигает при Т = 5 К в поле В = 9 Тл значения Pab(Bb) ≈ –5240мкКл/м2, что существенно превышает величину предыдущего рекордного значения –3600мкКл/м2[8].ВдругомалюмоборатеTmAl3(BO3)4такжеобнаруженбольшоймагнитоэлектрический эффект ( 750 мкКл/м2) [194, 31].Поскольку бораты с одной магнитной подсистемой (алюмобораты и галлоборатыRM3(BO3)4, M = Al или Ga) не демонстрируют, в отличие от боратов с двумя магнитнымиподсистемами (ферроборатов RFe3(BO3)4), ярких аномалий на физических характеристиках прифазовых переходах, то помимо описания магнитных свойств данных соединений основойцелью данной главы являлось описание и рекордных полевых и температурных зависимостеймагнитоэлектрической поляризации P(B, Т), в частности предсказание характера зависимостиполяризации в неисследованных диапазонах полей и температур, а также в неисследованныхсоединениях.§7.1.

HoAl3(BO3)4Данный параграф посвящен теоретическому исследованию основных особенностеймагнитных свойств и рекордной магнитоэлектрической поляризации HoAl3(BO3)4, сравнениюэкспериментальных данных с результатами расчетов, проведенных в рамках единоготеоретического подхода, и определению параметров соединения.7.1.1. Параметры кристаллического поляОписание магнитных свойств HoAl3(BO3)4 начнем с определения параметров КП,поскольку именно КП, формируя электронную структуру РЗ иона (его спектр и волновыефункции), ответственно за анизотропию магнитных свойств парамагнитных РЗ алюмоборатов.В работе [268] были измерены температурные зависимости магнитной восприимчивостиc,c(T) HoAl3(BO3)4 при Т = 14.5-300 К с большим шагом по температуре (всего 12 точек).Затем авторы [268] предприняли попытку найти параметры КП для иона Но 3+ в HoAl3(BO3)4,266используя в качестве критерия правильности определения Bqk только описание измеренныхточек c,c(T).

Опыт исследований РЗ соединений показывает, что, используя только кривыевосприимчивости (тем более, без актуального низкотемпературного участка), зачастую неудается найти надежный набор параметров КП. Отметим, что для гольмиевых соединенийнижняячастьосновногомультиплетачастохарактеризуетсяналичиемнесколькихблизкорасположенных уровней, и можно найти несколько наборов параметров КП, которыебудут хорошо описывать анизотропию кривых восприимчивости, но существенно отличатьсяпо значениям, определять разную структуру штарковских уровней энергии и разные волновыефункции.

Характеристики

Список файлов диссертации