Диссертация (1097685), страница 58

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

Текст из файла (страница 58)

Данные кривые для HoGa3(BO3)4 (светлыезначки) и HoAl3(BO3)4 (темные значки) в координатах Cp/T (Т) для В = 0, 0.5, 3, 6, 9 Тл (B||c) иT = 2-20 K приведены на рисунке 7.13б (на вставке для В = 0 и до 300 К). Видно, что для В = 0,0.5 и 3 Тл отличие теплоемкостей двух соединений наблюдается и при низких температурах, ипри приближении к 20 К. При этом для больших полей (В = 6 и 9 Тл) отличие проявляется свозрастанием температуры. Это говорит об отличающемся поведении энергетических уровнейосновных мультиплетов иона Но3+ в HoGa3(BO3)4 и HoAl3(BO3)4 во внешнем магнитном поле и,как следствие, разном магнитном вкладе в теплоемкость.Ранее отмечалось, что из спектроскопических исследований [189] установлены отличия вструктуре основных мультиплетов галлобората и алюмобората гольмия.

Из рисунка 7.13бхорошо видно, что в результате действия малого поля В = 0.5 Тл и сверхтонкоговзаимодействия, расщепляющих нижние уровни в двух соединениях по разному, дляHoAl3(BO3)4 происходит сглаживание широкого пика при 5.5 К, а низкотемпературный резкийпик начинается при чуть больших температурах, чем в HoGa3(BO3)4, для которого разница вповедении Cp/T (Т) при В = 0 и 0.5 Тл мало заметна. При В = 6 и 9 Тл отличия в нижней частимультиплетов не видны на фоне действия большого внешнего поля, но с ростом температурыпроявляются отличия в разной заселенности средней части мультиплетов, что и приводит к286отличию теплоемкостей при приближении к 20 К. Измерения до 300 К для В = 0 (вставка нарисунке 7.13), демонстрируют похожий характер зависимостей Cp/T (Т) для HoGa3(BO3)4 иHoAl3(BO3)4, при этом видно существенное количественное отличие.(a)3 ТлCp (J/mol K)864B=02000.5 Tл3 Tл6 Tл9 Tл(б)Cp/T (J/mol K2 )1.51.2 HoGa1.00.8HoAl0.6B=00.41.00.20 50 100 150 200 2500.50.00510T, K1520Рисунок 7.13.

(а) Теплоемкость Сp(Т) HoGa3(BO3)4 при Вc = 0 и 3 Тл для T = 2-20 K [189] ирассчитанный вклад Но-подсистемы в теплоемкость СНо(Т) с учетом (сплошные кривые) и безучета (штриховые) сверхтонкого взаимодействия. (б) Теплоемкость Cp/T(Т) HoGa3(BO3)4(светлые значки) и HoAl3(BO3)4 (темные значки) при Вc = 0, 0.5, 3, 6 и 9 Тл [189]. На вставке –зависимости Cp/T(Т) HoGa3(BO3)4 (светлые значки) и HoAl3(BO3)4 (темные значки) при В = 0 иT = 2-300 K [189].2877.2.5. Магнитоэлектрическая поляризацияИз рассмотренных свойств понятно, что HoGa3(BO3)4 и HoAl3(BO3)4 демонстрируютдостаточно близкие магнитные свойства, но при этом имеют заметные отличия в анизотропиимагнитных свойств и вкладе магнитной подсистемы в теплоемкость, что является эффектомизменившегося КП и, как следствие, изменившейся структуры основного мультиплета ионаНо3+ (порядка следования дублетов и синглетов, расщеплений между уровнями).

Рассмотрим,как повлияли на рекордные магнитоэлектрические свойства НоAl3(BO3)4 замена Al3+ на Ga3+,изменившиеся кристаллическое поле и магнитная анизотропия.На рисунке 7.14 в одинаковом масштабе изображены экспериментальные полевыезависимости продольной Paa(Ba) (a) и поперечной Pab(Bb) (б) поляризации галлоборатаНоGa3(BO3)4 при разных температурах из работы [189]. Как и в алюмоборате HoAl3(BO3)4, сростом поля наблюдается сильный рост анизотропных кривых Pа(Bab) (см.

вставку на рисунке7.14а), а поляризация для B||с существенно меньше, чем при направлении поля в базиснойплоскости. Обнаруженная поперечная поляризация достигает при Т = 5 К в поле В = 9 Тлзначения Pаb(Bb) ≈ –1020 мкКл/м2, что существенно превышает все известные значения длячистых ферроборатов и большинства алюмоборатов (см. таблицу 1.4 в пункте 1.3.2).Таким образом, установлено, что в боратах RM3(BO3)4 с одной магнитной подсистемойреализуются предположенные большие значения магнитоэлектрического эффекта не толькопри замене Fe-подсистемы на алюминиевую, но и на галлиевую.

При этом вызываетдополнительный интерес не только обнаруженное большое значение Pab(Bb), но и достаточносильное ( в 5 раз) уменьшение поляризации по сравнению с HoAl3(BO3)4 (см. вставку нарисунке 7.14а). В [189] была исследована возможность влияния на полученный результатинверсионного двойникования в монокристаллах HoGa3(BO3)4. Рентгеновские исследованияфактора двойникования в HoGa3(BO3)4 показали, что он на 100% правый. Отметим, чтоаналогичное исследование для монокристаллов HoAl3(BO3)4 показало, что он на 100% левый.Учитывая установленную корреляцию магнитоэлектрических и магнитоупругих свойствборатов RM3(BO3)4, были рассчитаны полевые зависимости мультипольных моментов ионаHo3+ в HoGa3(BO3)4 и проведено их сравнение с полевыми зависимостями поляризации P(B).Поскольку данные о магнитострикции HoGa3(BO3)4 в литературе отсутствуют, то в качествеактуальных мультипольных моментов рассматривались моменты, изменение с полем которыхнаибольшее.

Как и в случае HoAl3(BO3)4, при направлении поля в базисной плоскости этомоменты  βJ O42 , αJ O22и βJ O44 . Сравнение полевых и температурных зависимостейкаждого из моментов с аналогичными зависимостями поляризации показало, что для описанияосновных особенностей кривых Pа(Ba,b, Т) достаточно учесть один момент αJ O22 .288На рисунке 7.14a,б приведены рассчитанные полевые зависимости актуального моментаеа αJ O22 для B||a и еb αJ O22 для B||b при тех же температурах, что и кривые Pа(Ba,b). Видно,что рассчитанные зависимости достаточно хорошо описывают кривые магнитоэлектрическойполяризации. Коэффициенты eа и eb определены при сопоставлении экспериментальных ирассчитанных кривых (в мкКл/м2): eа = –1.7104 и eb= –2.08104.4010T=5K20B||aB||a08-205КB||b6 -400Pa, 102 мкКл/м242468201030a2501000100-250б-430-620-8B||b-10HoGa3(BO3)40105К24B, Tл68Рисунок 7.14.

Экспериментальные (значки) полевые зависимости продольной Pаа(Bа) (а) ипоперечной Pab(Bb) (б) магнитоэлектрической поляризации HoGa3(BO3)4 [189] и рассчитанные(линии) полевые зависимости актуальных мультипольных моментов иона Ho3+ в HoGa3(BO3)4для B||a (а) и B||b (б) при T = 5-100 K. На вставке – кривые Pа(Bab) HoGa3(BO3)4 (светлыезначки) и HoAl3(BO3)4 (темные значки) при Т = 5 К.289Поскольку полевые зависимости второго наибольшего момента – βJ O42близки кпоказанным значимостям для – αJ O22 , то можно полагать, что характер изменения с полем итемпературой актуального момента – αJ O22предсказывает аналогичный нелинейный виднеисследованной экспериментально магнитострикции а/а. Отметим, что моменты – αJ O22 и– βJ O42 , как и Pb(Ba,b), имеют противоположные знаки при B||a и B||b, и соответственноожидаются противоположные знаки и у магнитострикции для этих двух направлений поля.Также для B||a актуальные моменты изменяются с полем несколько больше, чем при B||b,соответственно и значение магнитострикции а/а при B||a должно быть больше, чем при B||b,что коррелирует с соотношениями поляризаций при B||a,b и результатами для НоAl3(BO3)4.На следующем рисунке 7.15 приведены температурные зависимости поляризации Pа(Т)галлобората НоGa3(BO3)4 (светлые значки) и НоAl3(BO3)4 (темные значки) в поле Ba= 9 Тл, прикотором наблюдаются максимальные значения магнитоэлектрической поляризации Pа.Прослеживается нелинейное уменьшение зависимостей Pа(Т), обусловленное возрастающей сростом температуры заселенностью возбужденных состояний основных мультиплетов ионаHo3+.

Можно полагать, что разная скорость уменьшения Pа(Т) связана с установленнымиотличиями структур основных мультиплетов и разным их поведением в поле Ba = 9 Тл. Если,используя данные зависимости, построить температурную зависимостьΔPaHoAlHoGa  T  = ΔPaHoAl – ΔPaHoGaи сравнить ее с температурной зависимостью отражающей разницу магнитных анизотропий(см. рисунок 7.12) в том же поле 9 ТлM HoGa HoAl  T  = ( M c – M c ) HoGa – ( M c – M c ) HoAl ,то будет заметна хорошая корреляция данных кривых (см. вставку на рисунке 7.15).

Видно, чточем больше отличие в анизотропии намагниченности, тем больше ΔPaHoAlHoGa . Отметим, что дляпостроения этих зависимостей в одной системе координат для ΔM HoGa HoAl  T  достаточноучесть простой коэффициент 104. На вставке на рисунке 7.15 также приведена рассчитаннаятемпературная зависимость разницы актуального момента – αJ O22при Ba = 9 ТлQ HoAlHoGa  T  = – αJ O22HoAl+ αJ O22HoGaв двух соединениях. Она хорошо согласуется сэкспериментальными зависимостями ΔPaHoAlHoGa  T  и ΔM HoGa HoAl  T  .

Хорошая корреляцияданных температурных зависимостей позволяет сделать вывод о большом влиянии намагнитоэлектрическиесвойстваизменившегося(вследствиезаменыAl3+наGa3+)290кристаллического поля, которое формирует электронную структуру иона Но3+ (его спектр иволновые функции) и ответственно за анизотропию магнитных свойств.0HoGaBa= 9 Tл-20Q-1HoAl73Pa, 10 мкКл/м2P (10 , мкКл/м ), M (10  B/форм. ед.), Q-1-3-2MPBa= 9 TлTл2-3-43-4-5020-504020T, K406060T, K8080100Рисунок 7.15.

Характеристики

Список файлов диссертации