Диссертация (1097685), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Также авторы отмечают, что обнаруженные дляSmFe3(BO3)4 эффекты получены на двойниковом монокристалле, в котором, в частности, непроисходит полного подавления электромагнона. В случае монокристалла замещенногоферробората Sm0.5La0.5Fe3(BO3)4, практически не содержавшего двойников, в работе [99]авторам удалось обнаружить почти 100%-ое подавление электромагнона.Отметим, что в работе [100] другим авторским коллективом было изучено влияниеантиферромагнитного упорядочения на акустоэлектрические характеристики ферроборатаSmFe3(BO3)4. Был обнаружен гигантский магнетопьезоэлектрический эффект, т.е. аномальнобольшое увеличение эффективного пьезоэлектрического модуля ниже температуры Нееля иподавления этого роста магнитным полем.Магнитоупругие эффекты в монокристалле TbFe3(BO3)4 были рассмотрены в работе [101].Авторами проведены низкотемпературные исследования поведения упругих модулей ипоглощения звука.
Определены компоненты тензора модулей упругости. Проведенный29теоретический анализ показал, что наблюдаемые особенности поведения акустическиххарактеристик связаны не с РЗ подсистемой ферробората, а с перенормировкой за счетмагнитоупругой связи обменного взаимодействия между ионами железа. Позднее авторыпровели аналогичное исследование и для ферробората PrFe3(BO3)4 [102]. Затем в обзоре [103]Г.А. Звягина проанализировала поведение упругих характеристик трех РЗ ферроборатов сR = Tb, Pr и Nd в окрестности низкотемпературных фазовых переходов различной природы.В TbFe3(BO3)4 обнаружены особенности поведения скорости и поглощения акустических мод,отвечающиеструктурномуфазовомупереходу.Показано,чтовтемпературномимагнитополевом поведении акустических мод всех исследованных соединений проявляютсяпереходы в антиферромагнитное упорядоченное состояние и спин-переориентационныефазовые переходы в магнитном поле.
Автором установлено, что переход магнитнойподсистемыNdFe3(BO3)4отсоразмернойантиферромагнитнойЛПконфигурациикнесоразмерной спиральной как по температуре, так и во внешнем магнитном полесопровождается аномальным поведением скоростей и поглощения акустических мод кристалла.1.2.3. Разнообразие магнитных структур в редкоземельных ферроборатах. Данныемагнитной нейтронографииМагнитные измерения [22] показали упорядочение в Fe-подсистеме при температурахпорядка 35 К и отсутствие структурного фазового перехода в случае R = Nd, в отличие отR = Y, La, где этот переход имеет место вблизи 260 К.
В работе [25] были проведены магнитныеи калометрические исследования RFe3(BO3)4 с R = Y, La - Nd, Sm - Ho на поликристаллическихобразцах. Для данных соединений были установлены температуры антиферромагнитногоупорядочения и в случае R = Eu, Gd, Tb, Dy температуры структурных фазовых переходов.Используя данные по магнитной восприимчивости найдены значения эффективных магнитныхмоментов и констант Вейсса, которые для всех ферроборатов отрицательны, что указывает напреобладающий характер антиферромагнитных взаимодействий.
Проведен анализ данных длятеплоемкости YFe3(BO3)4. Из сравнения с данными для GdGa3(BO3)4 выделена магнитнаяэнтропия и проанализировано антиферромагнитное упорядочение при Т = 38 К.Структурные фазовые переходы первого рода проявляются в виде острых пиков натемпературныхзависимостяхтеплоемкостиС(Т)ферроборатов.Антиферромагнитноеупорядочение проявляется в виде аномалий -типа, характерных для фазовых переходоввторого рода.
Измерения зависимостей С(Т) для некоторых РЗ ферроборатов представлены вработах А.Н. Васильева с соавторами [104, 105] (см. рисунок 1.13), где также проведенаобработка этих зависимостей, позволившая определить магнитную энтропию.30Рисунок 1.13. Температурные зависимости теплоемкости ферроборатов RFe3(BO3)4 (R = Y,Y0.5Gd0.5, Gd, Er, Tb, Tm). Кривые сдвинуты одна относительно другой на 50 J/mol K.Решеточный вклад Сlat в YFe3(BO3)4 показан непрерывной линией [104].Анализ температурных зависимостей магнитной энтропии в парамагнитной области [104, 105]позволил определить основное состояние РЗ иона (для R = Gd, Tb, Er, Tm), поскольку наличие вYFe3(BO3)4 только ионов железа дает возможность выделить вклад Fe-подсистемы и в другихРЗ ферроборатах.
Острый пик при Т = 9 К на температурной зависимости теплоемкостиGdFe3(BO3)4 соответствует спин-переориентационному переходу первого рода, известному измагнитных измерений [26, 72]. Вблизи температуры Т = 3 К обнаружена аномалия Шоттки,которая связана с расщеплением основного уровня иона Gd3+ магнитным полем упорядоченнойподсистемы ионов железа.Несмотря на то что цепочки ионов железа формируют квазиодномерную структуру, в РЗферроборатахRFe3(BO3)4реализуетсятрехмерныйантиферромагнитныйпорядок.Исследования АФМР [106] и нейтронные исследования магнитной структуры [61] в YFe3(BO3)4показывают, что подсистема железа представляет собой ЛП антиферромагнетик с температуройНееля TN 37 K.
(см. также [64, 33]). Магнитные моменты железа упорядочиваютсяантиферромагнитно вдоль тригональной оси с третьего порядка и ферромагнитно в плоскостиab (см рисунок 1.14).31Рисунок 1.14. Магнитная структура YFe3(BO3)4. Показаны магнитные моменты ионов Fe(красные стрелки) и позиции ионов Y3+ (черные сферы). Прямой Fe-Fe обмен вдольгеликоидальной цепочки отмечен линия голубого цвета (рисунок из работы [61]).Расчеты вклада РЗ подсистемы в энергию ферроборатов с различными редкими землями[107] привели к предсказанию ориентаций магнитных моментов железной подсистемы вдольтригональной оси для R = Tb и Dy и в базисной плоскости для R = Nd и Er.
Именно такиеориентациимагнитныхмоментовжелезабылиподтвержденывэкспериментальныхисследованиях и магнитными, и спектроскопическими, и нейтронографическими методами.Магнитные структуры, реализующиеся в RFe3(BO3)4, весьма разнообразны, и РЗподсистема играет ключевую роль в формировании магнитной структуры. ФерроборатыRFe3(BO3)4 могут быть легкоосными (ЛО) (магнитные моменты Fe и R = Pr, Tb, Dyориентированы вдоль оси c кристалла), легкоплоскостными (ЛП) (магнитные моменты Fe и R =Y, Nd, Sm, Eu, Er лежат в ab-плоскости) либо как в GdFe3(BO3)4 и HoFe3(BO3)4 спонтаннопереходить из ЛО в ЛП состояние [33]. В случае R = Nd, помимо ЛП структуры, нижеTc 13.5 К реализуется еще и несоизмеримая геликоидальная магнитная структура [108, 109].Недавно нейтронные исследования магнитной структуры в разбавленных ферроборатахPrxY1-xFe3(BO3)4 [110] позволили установить, что в диапазоне значений параметра х = 0.67-0.45формируется угловая (УГ) магнитная структура, реализация которой связана с уменьшившимсяпри диамагнитном разбавлении иттрием легкоосным вкладом Pr-подсистемы в магнитнуюанизотропию.
Проведенная автором диссертации интерпретация впервые измеренных дляферроборатов температурных зависимостей угла отклонения магнитных моментов железа отоси с в PrxY1-xFe3(BO3)4 [110] представлена в §4.1, в котором также приведены результаты32описания большой совокупности измеренных магнитных свойств разбавленных ферроборатовPrxY1-xFe3(BO3)4 (x = 0.75, 0.67, 0.55, 0.45, 0.25).На следующем рисунке 1.15 из работы [54] приведены схемы кристаллической имагнитной структуры ферроборатов RFe3(BO3)4 с R = Y, Gd, Tb и Nd.Рисунок 1.15. Кристаллическая и магнитная структуры RFe3(BO3)4: (а) YFe3(BO3)4;(b) GdFe3(BO3)4 при TN > T > TSR; (c) TbFe3(BO3)4 при T < TN и B < 3.5 Тл и GdFe3(BO3)4 приT < TSR; (c) TbFe3(BO3)4 в спин-флоп-состоянии для Bс > 3.5 Тл и T = 2 К; (e) NdFe3(BO3)4. Насхемах приведены только две цепочки ионов железа, а ионы бора не показаны для наглядности(рисунок из [54]).Особый интерес вызывают ферробораты GdFe3(BO3)4 и HoFe3(BO3)4, в которых вклады РЗи железной подсистем в магнитную анизотропию имеют противоположные знаки и близки поабсолютной величине.
Поэтому магнитная структура данных кристаллов очень чувствительна кдействию таких факторов, как температура, магнитное поле, замещение ионами другого сорта вобеих подсистемах, изменяющих соотношение вкладов в полную анизотропию. Разныетемпературные зависимости вкладов РЗ и Fe-подсистем приводят к спонтанному спинпереориентационному переходу в GdFe3(BO3)4 при ТSR = 10 K [27, 70, 106].Согласно данным нейтронных исследований HoFe3(BO3)4 [61], магнитные моментыжелеза антиферромагнитно упорядочиваются при ТN 38 К и при понижении до температурыTSR 4.7 K лежат в базисной плоскости, также как и магнитные моменты ионов Ho 3+. При этомчасть магнитных моментов Fe-подсистемы, по мнению авторов, ориентирована под небольшимуглом к плоскости ab (см. рисунок 1.16).
При TSR 4.7 K [61, 111] происходит спонтанныйспин-переориентационный переход, в результате которого магнитные моменты железной игольмиевой подсистем становятся ориентированными вдоль оси с, причем моменты ионов Ho3+под углом к оси с θ Ho 22 (см. рисунок 1.17).33Рисунок1.16.МагнитнаяструктураРисунок1.17.МагнитнаяструктураHoFe3(BO3)4 при Т = 6 К > ТSR.
ПоказаныHoFe3(BO3)4 при Т = 2 К < ТSR. Показанымагнитные моменты ионов Fe (красныемагнитныестрелки – под углом к плоскости ab истрелки), ионов Ho3+ (черные стрелки) ипурпурные – горизонтально) и ионов Ho3+позиции атомов кислорода (маленькие синие(желтые стрелки) (рисунок из работы [61]).сферы) (рисунок из работы [61]).моментыионовFe(красныеРезонансные и нерезонансные исследования рассеяния рентгеновских лучей позволиливыявить в ферроборате HoFe3(BO3)4 конкуренцию магнитных упорядочений Ho и Fe моментов[112].
По мнению авторов, ниже Т = 22.5 К < TN в HoFe3(BO3)4 реализуется спиральнаяструктура вдоль оси с, которая с понижением температуры до TSR 4.5 К исчезает и магнитнаяподсистема переориентируется в ЛО состояние. Установлено, что макроскопическаяэлектрическая поляризация в ферроборатах находится в тесной связи со спиновойпереориентаций в магнитной упорядоченной фазе, возникающей вследствие конкуренциимежду различными параметрами магнитного порядка и магнитных анизотропии.Вработе[56]приведеныданныеизмеренийнамагниченности,магнитнойвосприимчивости и нейтронного рассеяния в TbFe3(BO3)4. Структурные и магнитные фазовыепереходы исследованы как функции внешнего магнитного поля и температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
