Диссертация (1097685), страница 54

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

Текст из файла (страница 54)

Поэтому найденный в [268] набор параметров КП не может рассматриваться какнадежно установленный. Предсказанное в [268] пересечение c(T) и c(T) вблизи 2 К неподтверждается экспериментально, поскольку измеренные в нашей работе [182] до 3 К кривыеc,c(T) не демонстрируют тенденцию к возможному пересечению даже при измерении до болеенизких температур. Не обнаружено пересечение кривых c,c(T) и в работе [8], измеренных доболее низкой температуры 2 К. Также установлено, что расчет с параметрами КП из [268]кривых намагничивания Mс,с(B) дает их большое отличие от экспериментальных кривыхнамагничивания, измеренных в нашей работе.При поиске параметров КП учитывалась известная спектроскопическая информация изработы [170]. Хотя в [170] исследовался алюмоборат YAl3(BO3)4:Ho3+, а не HoAl3(BO3)4, но, повидимому, схемы уровней (порядок дублетов и синглетов, их число) для этих двух соединенийне должны сильно отличаться, при этом различия в конкретных расщеплениях между уровнямидопустимы.

Расчет с параметрами КП для YAl3(BO3)4:Ho3+ из [170] и последующее сравнение сизмеренными магнитными характеристиками показали, что рассчитанные кривые Mс,с(B) идутнемного выше экспериментальных, пересечение Mс,с(B) происходит близи 6 Тл (наэксперименте вблизи 8 Тл; см. далее), но в целом качественно описывают эксперимент.

Длятемпературных зависимостей намагничивания расчет с параметрами КП из [170] даетаналогичное превышение рассчитанных Mс,с(Т) над экспериментальными.Нам удалось найти набор параметров КП для иона Ho3+ в НоAl3(BO3)4, который в точностивоспроизводит определенную в [170] схему энергетических уровней основного мультиплетаиона Ho3+ в YAl3(BO3)4:Ho3+ с некритичными отличиями в конкретных расщепленияхмежду уровнями.В качестве начальных значений параметров КП, с которых стартовала процедураминимизации соответствующей целевой функции, использовались параметры для HoFe3(BO3)4[260], YAl3(BO3)4:Ho3+ [170] и NdAl3(BO3)4 [181].

Для определения параметров КП былииспользованы полученные экспериментальные данные для температурных зависимостей267намагниченности Mс,с(Т) HoAl3(BO3)4 от 3 К до 300 К при B = 0.1 и 3 Тл. Как и следовалоожидать, оказалось, что несколько наборов параметров КП одинаково хорошо описываютанизотропию кривых Mс,с(Т). Главное их различие состоит в том, что они дают разныерасстояния между нижними энергетическим уровнями иона Ho3+. Затем дополнительно вцелевую функцию закладывалась информация об экспериментальных кривых намагничиванияMс,с(B) при Т =3 К в полях до 9 Тл, что позволило отбросить еще несколько найденныхнаборов параметров КП.В результате, руководствуясь перечисленными критериями описания кривых Mс,с(Т),Mс,с(B) и имеющейся информацией о структуре основного мультиплета [170], из всехнайденных на начальном этапе параметров КП был выбран набор, который позволяет наиболеехорошо описать экспериментальные данные для HoAl3(BO3)4 ( Bqk в см-1):B02  670 , B04  1693 , B34  364 , B06  83 , B36  414 , B66  663 .(7.1)В дальнейшем при описании кривых магнитострикции HoAl3(BO3)4 (см.

§8.1) былоустановлено, что использование данного набора параметров Bqk в целом позволяет качественноописать поведение и кривых магнитострикции. Тем не менее, были проведены дополнительныерасчеты и поиск параметров КП, которые более точно воспроизводили бы особенности нетолько магнитных характеристик, но и кривых магнитострикции HoAl3(BO3)4. Установлено, чтонебольшое изменение ~ (1–6 %) параметров (7.1) позволяет существенно улучшить описаниемагнитострикции HoAl3(BO3)4, и при этом удается описать магнитные характеристики так жехорошо.

Таким образом, как и для других РЗ соединений, для HoAl3(BO3)4 расширениерассматриваемого экспериментального массива позволяет находить более адекватныепараметры соединения. Приведенные далее на рисунках магнитные и магнитоупругие (см. §8.1)характеристики HoAl3(BO3)4 рассчитаны для уточненных параметров КП (в см-1):B02  667 , B04  1600 , B34  350 , B06  95 , B36  405 , B66  671 .(7.2)Набору параметров КП (7.2) соответствуют следующие значения энергий 17 нижнихштарковских уровней основного мультиплета иона Ho3+ в HoAl3(BO3)4 (В = 0 и Т =3 К; индексd – дублет): 0d, 8.4d, 25, 32.6, 113, 157d, 259d, 312, 366d, 424d, 447 см-1. Параметрам (7.2)соответствуют значения компонент g-тензора основного некрамерсовского дублета иона Ho3+,равные ga = 1.76, gc = 2.1.

Отметим, что найденные значения энергий нижних уровнейосновного мультиплета иона Ho3+ в целом близки к определенным в YAl3(BO3)4:Ho3+ приТ = 9 К энергиям в [170].2687.1.2. НамагниченностьИз представленных на рисунке 7.1 экспериментальных и теоретических кривыхнамагничивания Mс,с(B) HoAl3(BO3)4 при Т = 3 и 295 К видно, что с ростом поля кривыеMс,с(B) при Т = 3 К возрастают с разной скоростью, демонстрируя значительную анизотропию.С увеличением температуры происходит эволюция кривых Mс,с(B), которая обусловленауменьшением магнитного момента гольмиевой подсистемы. Расчет с параметрами (7.2) во всемдиапазоне полей при Т = 3 и 295 K позволяет хорошо описать поведение соответствующихэкспериментальных кривых Mс,с(B).6T =3K4030-143100-102Mc1020E, cмMc,c, B/форм.

ед.5B||cBc-200Mc246B, Tл8295024B, Tл68Рисунок 7.1. Кривые намагничивания HoAl3(BO3)4 для B||c и Bс при Т = 3 и 295 К. Значки –экспериментальные данные [182, 269], линии – расчет. На вставке – эффект Зеемана при Т = 3 K(приведены 6 нижних энергетических уровней основного мультиплета иона Ho3+ для В||с(сплошные линии) и Вс (штриховые линии)).Эффект Зеемана, соответствующий рассчитанным Mс,с(B) при Т = 3 K, представлен навставке на рисунке 7.1. Видно, что при В||с происходит большее по сравнению с направлениемполя Вс расщепление энергетических уровней иона Ho3+.

Также видно, что для направленияполя В||с вблизи 1.5 Тл происходит изменение волновой функции второго энергетическогоуровня основного дублета из-за приближения к нему вышележащего третьего уровня.Вследствие этого происходит смена второго энергетического уровня на более магнитный.269При низких температурах данное взаимодействие энергетических уровней приводит к болеерезкому росту намагниченности Mс(B) вдоль данного направления поля.Отметим, что был проведен расчет эффекта Зеемана и в сильных полях (до 200 Тл) приВ||,с с целью исследовать возможные эффекты, связанные с взаимодействием энергетическихуровней иона Но3+ в магнитном поле (кроссовер), которые дают ценную информацию о КП.Эффекты, сопровождающие пересечение или сближение нижних энергетических уровней РЗиона (кроссовер) в магнитном поле определенного направления, известны (см., например,монографию [216]).

Исследование данных эффектов является апробированным способомопределения или уточнения параметров КП. Например, в парамагнитных соединениях соструктурой циркона RХO4 (Х = P, V) кроссоверы встречаются почти для всех редких земель исопровождаются яркими магнитными аномалиями на магнитных характеристиках [270, 271,272, 273, 274].

Аналогичные эффекты ожидаются и в парамагнитных боратах с одноймагнитной подсистемой, в частности, в алюмоборатах RAl3(BO3)4.С целью получения более надежного результата расчет эффекта Зеемана был проведендля четырех наборов параметров КП, позволяющих описать магнитные характеристики принесколько отличающихся значениях расщепления между двумя нижними дублетами : 12.6 см-1(для YAl3(BO3)4:Ho3+ из [170]), 8.5 см-1 (набор (7.1)), 8.4 см-1 (набор (7.2)) и 5.6 см-1 (набор,который очень хорошо описывает магнитные характеристики, но был отклонен из-за заметногоотличияотэкспериментальноопределенногодляYAl3(BO3)4:Ho3+вработе[170]расщепления 12.26 см-1).Для направлений поля В||а и В||b расчет для данных четырех наборов параметровособенностей на низкотемпературных кривых Mа(B) и Mb(B) не выявил. Из рисунка 7.2 видно,для В||c и Т = 2 К на кривой Mс(B) вблизи 30, 70, 120 и 170 Тл имеют место особенности,выразительность и поле обнаружения которых сильно зависят от конкретного наборапараметров.

Из эффекта Зеемана (см. вставку на рисунке 7.2) видно, что, например, для наборапараметров (7.2) в поле вблизи 100 Тл происходит пересечение двух нижних уровней, котороесопровождается слабовыраженным перегибом на Mс(B) (кривая 2). Если же начальноерасщепление  = 5.6 см-1, то на Mс(B) (кривая 4) видны два ярких скачка вблизи 30 и 170 Тл.Соответствующие показанным на Mс(B) аномалии будут более ярко выражены нанизкотемпературных кривых дифференциальной магнитной восприимчивости dMс/dВ.Поскольку выразительность аномалий на Mс(B) и величины полей, в которых имеют местокроссоверы, сильно зависит от конкретных параметров КП, то экспериментальное исследованиенамагниченности HoAl3(BO3)4 в средних и сильных полях будет хорошим индикаторам дляуточнения параметров КП.2701082342006-10E, cмMc, B/форм.

Характеристики

Список файлов диссертации