Диссертация (1097685), страница 63

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

Текст из файла (страница 63)

Видно, что небольшое замещение (х = 0.5) ионов Al на ионы Sc практическине сказывается на характере намагничивания в базисной плоскости. В то же время замещениеприводит к сильному увеличению намагниченности ( в 20 раз) вдоль тригональной оси Mс(B).Это позволяет сделать вывод о существенном влиянии на магнитные свойства TmAl3-xScx(BO3)4изменившегося (вследствие замещения Al на Sc) кристаллического поля, которое формируетэлектронную структуру иона Tm3+ (его спектр и волновые функции) и ответственно заанизотропию магнитных свойств.TmAl2.5Sc0.5(BO3)4TmAl3(BO3)4Mc,c, B/форм. ед.4Mc3McT =3K21295 K0024B, Тл6McMc8Рисунок 7.32.

Кривые намагничивания Mс,с(B) TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 для B||c и Bс при Т = 3 и295 К и TmAl3(BO3)4 (темные значки) при Т = 3 К. Значки – экспериментальные данные [284,281, 285], линии – расчет.Напомним, что в чистом TmAl3(BO3)4 намагниченность Mс(B) при Т = 295 К больше, чемпри Т = 3 К (см. рисунок 7.25), хотя обычно у парамагнитных соединений с ростомтемпературы намагниченность уменьшается. Как видно из рисунка 7.32, в замещенномалюмоборате TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 данная особенность отсутствует, что говорит об изменении313положения участвующих в намагничивании при Т = 295 К уровней основного мультиплетаиона Tm3+. Сравнение значений энергий уровней основного мультиплета иона Tm3+ вTmAl2.5Sc0.5(BO3)4 (см.

пункт 7.5.1) и в TmAl3(BO3)4 (см. §7.4) подтверждает сделанный вывод,демонстрируя их основное отличие в нижней и средней части основного мультиплета.7.5.3. Температурная зависимость магнитной восприимчивостиНа рисунке 7.33 изображены температурные зависимости намагниченности Mс,с(Т) приВ = 0.1 Тл, которые можно трактовать как восприимчивость. Видно, что рассчитанные кривыедостаточно хорошо описывают экспериментальные. При самых низких температурахрассчитанныеMс,с(Т)стремятсякпостоянномузначениюнесколькораньшеэкспериментальных кривых.

Возможное наличие парамагнитных примесей в образцеобусловливает это отличие. Отметим отсутствие на кривой Mс(Т) аномалии типа Шоттки,которая была обнаружена вблизи 30 К на Mс(Т) TmAl3(BO3)4, приведенной на рисунке 7.33(темные зеленые значки) (см. также рисунок 7.27), и существенное количественно отличиеданных кривых.

При этом кривые Mс(Т) данных соединений очень близки.c4c,c, B/форм. ед.c86c9 TлTmAl2.5Sc0.5(BO3)42-2c,c, 10 B/форм. ед.1040020350 100 150 200 250T,KMc050100150T,K200B = 0.1 Tл250Рисунок 7.33. Температурные зависимости намагниченности Mс,с(Т) TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 иTmAl3(BO3)4 (темные зеленые значки) при В = 0.1 Тл. На вставке – кривые Mс,с(Т)TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 при В = 3 и 9 Тл. Значки – экспериментальные данные [284, 281], линии –расчет.314Из представленных на вставке рисунке 7.33 экспериментальных и рассчитанныхзависимостей Mс,с(Т) при В = 3 и 9 Тл видно, что удается хорошо описать все особенностиэкспериментальных кривых во всем исследованном диапазоне температур, в том числе и присамых низких температурах.

Отметим, что приведенные зависимости Mс(Т) при В = 3-9 Тл недемонстрируют рост намагниченности Mс(B) с ростом температуры, как в TmAl3(BO3)4(см. рисунок 7.29).7.5.4. Магнитоэлектрическая поляризацияИз рассмотренных свойств понятно, что TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 и TmAl3(BO3)4 демонстрируютдостаточно близкие магнитные свойства, но при этом имеют существенные отличия ванизотропии магнитных свойств, что является эффектом изменившегося КП и, как следствие,изменившейся структуры основного мультиплета иона Tm3+ (порядка следования дублетов исинглетов, расщеплений между уровнями).Из рисунков 7.32 и 7.33 видно, что замещение Al на Sc в TmAl3-xScx(BO3)4 приводит кзначительному уменьшению магнитной анизотропии соединения. На данный моментэкспериментальное исследование полевой и температурной зависимости электрическойполяризации в TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 не проведено.

Тогда если установленная авторами работ [194,8, 31] для чистых алюмоборатов RAl3(BO3)4 тенденция увеличения магнитоэлектрическойполяризации при уменьшении магнитной анизотропии верна и в отношении замещенныхалюмо-скандоборатов TmAl3-xScx(BO3)4, то можно ожидать увеличение поляризации висследуемом TmAl2.5Sc0.5(BO3)4, по сравнению с обнаруженной большой поляризацией вчистом TmAl3(BO3)4. Еслиже руководствоватьсятенденцией,подмеченнойавторомдиссертации, то для алюмоборатов, у которых при низких температурах восприимчивостьс > с, поляризация P уменьшается с уменьшением магнитной анизотропии (см. таблицу 1.4в пункте 1.3.2), и в TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 максимальная величина P будет заметно меньше 720мкКл/м2. В результате возможное экспериментальное исследование магнитоэлектрическойполяризации TmAl2.5Sc0.5(BO3)4 поможет лучше прояснить ситуацию с характером связимагнитоэлектрической поляризации и магнитной анизотропии.§7.6.

ErAl3(BO3)47.6.1. Параметры кристаллического поляПараметры КП для иона Er3+ в YAl3(BO3)4:Er3+ были определены в работах [180](выражение (7.7)) и [286] (7.8) при анализе данных спектроскопических измерений (в см-1):315B02  530 , B04  1297 , B34  632 , B06  214 , B36  97 , B66  175 ,(7.7)B02  539 , B04  1340 , B34  566 , B06  128 , B36  23 , B66  104 .(7.8)Видно, что параметры достаточно близки между собой и, как показывают расчеты, могутравноценно рассматриваться при описании характеристик ErAl3(BO3)4. В работе [287] авторамибыла сделана попытка определить параметры КП для иона Er3+ в ErAl3(BO3)4, используя вкачествекритерияправильностиопределенияпараметровтолькоописаниекривыхвоспроизвести c,c(T), измеренных при Т = 14.2-300 К с большим шагом по температуре (всего11 точек).

Полученные параметры КП очень сильно отличаются от параметров из работ[180, 286] и в целом от всех других заслуживающих доверия параметров для алюмоборатов иферроборатов и не могут рассматриваться при расчетах характеристик алюмоборатаErAl3(BO3)4.Из магнитных характеристик алюмобората ErAl3(BO3)4, на сколько нам известно,измерены только кривые начальной магнитной восприимчивости. Поэтому, обоснованнойвозможности для уточнения и корректировки параметров КП из работ [180, 286] нет.7.6.2.

Температурная зависимость магнитной восприимчивостиРасчет температурной зависимости начальной магнитной восприимчивости с параметрамиКП для YAl3(BO3)4:Er3+ из [180, 286] и последующее сравнение с экспериментальнымизависимостями c,c(T) для ErAl3(BO3) из работ [31, 195] показал, что рассчитанные кривыедостаточно хорошо описывают эксперимент во всем исследованном диапазоне температур (см.рисунок 7.34).

Отметим, что с целью проверки полученного результата значения параметровКП варьировались в разумных пределах, и было установлено, что это мало влияло нарезультаты расчета зависимостей c,c(T).На вставке на рисунке 7.34. приведены рассчитанные кривые намагничивания Mс,с(В)ErAl3(BO3)4 в полях до 200 Тл при Т = 2 К. Видна существенная анизотропия кривых Mс,с(В) иотсутствие на них аномалий, связанных с пересечением или сближение нижних энергетическихуровней иона Er3+ в магнитном поле.7.6.3.

Магнитоэлектрическая поляризацияНа рисунке 7.30 в удобном для сравнения одинаковом масштабе изображеныэкспериментальные полевые зависимости продольной Paa(Ba) (a) и поперечной Pab(Bb) (б)поляризации ErAl3(BO3)4 при разных температурах из работы [195]. Видно, что с ростом поля3168.Mc,c, B/форм. ед.c,c, B/Тл форм. ед.M c64c26T =2K4ErAl3(BO3)420Mc050100B, Tл150c0050100T, K150200Рисунок 7.34. Температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости с,с(Т)ErAl3(BO3)4.

Значки – экспериментальные данные [281], линии – расчет с параметрами КП изработы [180] (сплошные линии) и из работы [286] (штриховые линии). На вставке –рассчитанные кривые намагничивания для B||c и Bс при Т = 2 К до 200 Тл.наблюдается сильный рост зависимостей Pа(Bab), при этом, как и в случае TmAl3(BO3)4,анизотропия для B||а и B||b в ErAl3(BO3)4 практически отсутствует, в отличие от обнаруженнойсущественной анизотропии кривых Pa(Bа,b) в ранее рассмотренных алюмоборатах HoAl3(BO3)4и HoGa3(BO3)4. Поперечная поляризация при Т = 3 К в поле В = 7 Тл достигает значенияPab(Bb) ≈ –147 мкКл/м2, которое практически совпадет с величиной продольной поляризацииPаa(Ba) ≈ 144 мкКл/м2.Были рассчитаны полевые зависимости мультипольных моментов иона Er3+ в ErAl3(BO3)4и проведено их сравнение с экспериментальными полевыми зависимостями поляризации P(B)из работы [195].

Поскольку данные о магнитострикции ErAl3(BO3)4 в литературе отсутствуют,то в качестве актуальных мультипольных моментов рассматривались моменты, изменение сполем которых наибольшее. Как и в рассмотренных ранее алюмоборатах это моменты αJ O22и  βJ O42 . Сравнение полевых и температурных зависимостей каждого из моментов с317аналогичными зависимостями поляризации показало, что для описания основных особенностейкривых Pа(Ba,b, Т) достаточно учесть один момент  βJ O42 .3К1501020100B||a30Pa, мкКл/м250a601000100-5050б3020-100B||b10ErAl3(BO3)4-15003К1234B, Tл567Рисунок 7.35. Экспериментальные (значки) полевые зависимости продольной Pаа(Bа) (а) ипоперечной Pab(Bb) (б) магнитоэлектрической поляризации ErAl3(BO3)4 [195] и рассчитанные(линии) с параметрами КП из работы [180] полевые зависимости актуального мультипольногомомента иона Er3+ в ErAl3(BO3)4 для B||a (а) и B||b (б) при T = 3-100 K.На рисунке 7.35a,б приведены рассчитанные полевые зависимости актуального моментаga βJ O42 для B||a и gb βJ O42 для B||b при тех же температурах, что и кривые Pа(Ba,b).

Характеристики

Список файлов диссертации