Диссертация (1097685), страница 61

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

Текст из файла (страница 61)

ДляB||a расчет моментов показал аналогичные результаты.Мультипольные моменты, 10-2087-265-443-62T =5KHoAl3(BO3)4-805110152025Bb, TлРисунок 7.24. Полевые зависимости мультипольных моментов иона Ho3+ в HoAl3(BO3)4 для В||bпри T = 5 K: – αJ O22(1), – βJ O42 (2), βJ Ω44(3), αJ Ω21(4), – αJ O20 (5), βJ O40(6),βJ Ω41 (7) и βJ Ω43 (8).Таким образом, можно полагать, что для направления поля в базисной плоскости в поляхBс > 9 Тл кривые магнитострикции и поляризации HoAl3(BO3)4 изменят резкий рост на плавноевозрастание до 14 Тл (потенциал роста 5-7%) и затем, в зависимости от того, какой из моментовбудет давать наибольший вклад, будет широкий пик и уменьшение P(B) или продолжениеплавного возрастания.

Все остальные моменты остаются меньшими и в полях до 25 Тл, приэтом большинство из них демонстрируют аналогичные особенности (рисунок 7.24). Отметим,302что расчет с параметрами КП для YAl3(BO3)4:Ho3+ из [170] показал аналогичный характеризменения с полем мультипольных моментов.ВозможноеэкспериментальноеисследованиеполяризацииимагнитострикцииHoAl3(BO3)4 и Ho1-хNdхAl3(BO3)4 в полях Bс > 9 Тл позволит проверить сделанныепредсказания их поведении и тем самым установить, какие из моментов являются главными.В дальнейшем это должно помочь при описании и предсказании возможных гигантскихзначений магнитоэлектрической поляризации в еще неисследованных РЗ боратах RM3(BO3)4.§7.4.

TmAl3(BO3)47.4.1. Параметры кристаллического поляПри поиске параметров КП учитывались спектроскопическая информация и определенныепараметры КП для YAl3(BO3)4:Tm3+ из работы [280]. Хотя в [280] исследовался алюмоборатYAl3(BO3)4:Tm3+, а не TmAl3(BO3)4, но, по-видимому, схемы энергетических уровней (порядокдублетов и синглетов, их число) для этих двух соединений не должны сильно отличаться, приэтом различия в конкретных расщеплениях между уровнями возможны.

Расчет с параметрамиКП для YAl3(BO3)4:Tm3+ из [280] и последующее сравнение с измеренными нами магнитнымихарактеристиками показали существенное отличие получаемой анизотропии намагниченностиот обнаруженной в эксперименте. Для направления поля В||c рассчитанная криваянамагниченности Mс(В) и температурные зависимости Mс(Т) при В = 0.1-9 Тл идут существеннониже экспериментальных кривых. При этом для направления поля в базисной плоскостирассчитанные кривые Mс(В) и Mс(Т) близки к экспериментальным.Проведенный для TmAl3(BO3)4 анализ измерений спектров пропускания [281] позволилидентифицироватьследующиезначенияэнергийосновногомультиплетаионаTm3+(d – дублет): 0, 27d, 100d, 197, 256, 290, 315, 363d, 458d см-1.

Отметим, что полученные энергиисогласуются с данными для иона Tm3+ в YAl3(BO3)4:Tm3+ из работы [280], где былиисследованы только некоторые нижние уровни основного мультиплета.ДляопределенияпараметровКПTmAl3(BO3)4использоваласьинформацияобопределенной структуре основного мультиплета (значения энергий, порядок синглетов идублетов), данные о кривых намагничивания Mс,с(В) при Т = 3 К в полях до 9 Тл итемпературных зависимостях намагниченности Mс,с(Т) от 3 К до 300 К при B = 0.1 и 9 Тл.В качестве начальных значений параметров КП использовались параметры дляYAl3(BO3)4:Tm3+ [280], TbAl3(BO3)4 [169], HoAl3(BO3)4 (выражение (7.2)) и HoGa3(BO3)4 ((7.3)).В результате, руководствуясь критериями описания Mс,с(Т), Mс,с(В) и воспроизведением303структуры основного мультиплета, был выбран набор параметров КП, который позволяетнаиболее хорошо описать всю совокупность экспериментальных данных (в см-1):B02  561 , B04  938 , B43  475 , B06  540 , B63  137 , B66  575 .(7.5)Набору параметров (7.5) соответствуют следующие значения энергий 13 нижнихштарковских уровней основного мультиплета иона Tm3+ в TmAl3(BO3)4 (В = 0): 0, 27d, 93.6d,148, 252.5, 293, 301, 385d, 497d см-1.

Получаемая при расчете структура уровней основногомультиплета в точности воспроизводит определенную в эксперименте и близка кэкспериментальным значениям энергий.7.4.2. НамагниченностьИз представленных на рисунке 7.25 кривых намагничивания Mс,с(B) TmAl3(BO3)4 приТ = 3 и 295 К видно, что с ростом поля кривые Mс,с(B) при Т = 3 К демонстрируют большуюанизотропию. Рассчитанные кривые намагничивания хорошо описывают соответствующиеэкспериментальные кривые при Т = 3 и 295 K.T=3KT = 295 KTmAl3(BO3)490-132B||cBc60Е, смMc,c, B/форм.

ед.4300Mc102Mc00246468B, Тл8B, ТлРисунок 7.25. Кривые намагничивания TmAl3(BO3)4 для B||c и Bс при Т = 3 и 295 К. Значки –экспериментальные данные [281, 282], линии – расчет. На вставке – эффект Зеемана при Т = 3 K(приведены 5 нижних уровней основного мультиплета иона Tm3+ для В||с (сплошные линии) иВс (штриховые линии)).304Эффект Зеемана, соответствующий рассчитанным Mс,с(B) при Т = 3 K, представлен навставке на рисунке 7.25.

Большее при Вс, чем при В||с расщепление нижних энергетическихуровней иона Tm3+ определяет наблюдаемое поведение с полем кривых Mс,с(B).Из рисунка 7.25 видно, что Mс(B) при Т = 295 К идет выше, чем при Т = 3 К, хотя обычноу парамагнитных соединений с ростом температуры намагниченность уменьшается. Данноеобстоятельство обусловлено большими расстояниями между нижними энергетическимиуровнями основного мультиплета иона Tm3+ и их слабым расщеплением при В||с (см.

вставкуна рисунке 7.25). В результате не участвующие в намагничивании при низких температурахуровни при больших температурах начинают давать свой вклад в намагниченность Mс(B).Отметим, что нами был проведен расчет эффекта Зеемана и в сильных магнитных полях(до 200 Тл) при В||,с с целью исследовать возможные эффекты, связанные с взаимодействиемэнергетических уровней иона Tm3+ в алюмоборате TmAl3(BO3)4 в магнитном поле (кроссовер),которые дают ценную информацию о КП.

Расчеты показали, что в TmAl3(BO3)4 для В||c иТ = 4.2 К вблизи В = 90 Тл имеет место кроссовер (см. вставку на следующем рисунке 7.26),результатом которого является большой скачок ( 5B) на кривой Mс(B) (рис. 7.26) исоответствующий максимум на дифференциальной магнитной восприимчивости dMс/dВ.Возможное экспериментальное исследование данной яркой аномалии на кривой Mс(B) позволитпроверить сданное предположение и уточнить параметры КП.B||aB||c4T = 4.2 K2-1TmAl3(BO3)45004003002001000-100-200-300E, cмMa,c, B/форм.

ед.6B||c0002040604080 120 160B, Tл80 100 120 140 160 180 200B, TлРисунок 7.26. Рассчитанные кривые намагничивания TmAl3(BO3)4 для B||c и B||a при Т = 4.2 К вполях до 200 Тл. На вставке – эффект Зеемана (приведены 13 энергетических уровнейосновного мультиплета иона Tm3+ для В||с.3057.4.3. Температурная зависимость магнитной восприимчивостиНа рисунке 7.27 изображены температурные зависимости намагниченности Mс,с(Т) приВ = 0.1 Тл, которые можно трактовать как восприимчивость. Видно, что рассчитанные кривыехорошо описывают экспериментальные. Найденные параметры КП позволяют воспроизвестианомалию типа Шоттки вблизи 30 К на экспериментальной зависимости Mс(Т) (см.

вставку нарисунке 7.27), связанную с перераспределением населенностей нижних состояний иона Tm3+.При этом рассчитанная при самых низких температурах кривая Mс(Т) стремится к постоянномузначению,вотличиеотэкспериментальнойкривой,накоторойобнаруженонизкотемпературное возрастание (вставка на рис.

7.27). Возможное наличие парамагнитныхc, 10 B/форм. ед.примесей в образце обусловливает это отличие.-26-3c,c, 10 B/форм. ед.84c2.52.01.50502100 150 200T,KMc0050100150T,K200250Рисунок 7.27. Температурные зависимости намагниченности Mс,с(Т) TmAl3(BO3)4 приВ = 0.1 Тл. Значки – экспериментальные данные [281, 282], линии – расчет. На вставке – кривыеMс(Т) в увеличенном масштабе.Отметим, что ранее в работах [194, 31] были измерены кривые восприимчивости а,c(T)TmAl3(BO3)4. Интересно, что сравнение кривой c(T) из работ [194, 31] и измеренной в [281]зависимости Mс(Т) при В = 0.1 Тл показывает существенное отличие в низкотемпературнойчасти (при T < 50 K). Кривая c(T) из [194, 31] с понижением температуры растет, а измереннаяв [281] Mс(Т) при В = 0.1 Тл (и при больших значениях поля В) уменьшается.

При этом расчетыс разными параметрами КП показывают уменьшение восприимчивости с понижением306температуры при T < 50 K. Можно предположить, что при измерении c(T) авторами работ [194,31] была допущена разориентация, в результате которой дополнительная составляющая отвосприимчивости в базисной плоскости существенно увеличила измеренную величину c(T).Показанные на рисунке 7.28 экспериментальные зависимости Mс,с/B(Т) при В = 0.1, 3, 6 и9 Тл позволяют понять, как меняется характер температурной зависимости намагниченности вполе В от величины приложенного поля. Для направления В||c (вставка на рисунке 7.28) сростом поля В низкотемпературная аномалия становится менее выраженной и пропадает приВ > 6 Тл. При этом вид и положение аномалии типа Шоттки вблизи 30 К, определяемойрасщеплением ( 27 см-1) между нижними энергетическими уровнями иона Tm3+, не зависит отвеличины приложенного поля В..0.1.30.8B = 0.1 Тл2.22.0-2c/B, B/Тл форм. ед.1.0c /B, 10 B/Тл форм.

Характеристики

Список файлов диссертации