Диссертация (1097685), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В интервалеполей от 35 до 60 кЭ авторами идентифицированы фазовые переходы, которые они назвали“метамагнитнымпереходомтербиевыхспиновиспин-флоп-переходомвжелезнойподсистеме”. Сделаны оценки эффективного обменного поля и поля анизотропии. Изучениенейтронной дифракции при разных температурах предоставило информацию о магнитной34структуреTbFe3(BO3)4итемпературнойэволюциидвухмагнитныхподрешеток.Антиферромагнитная связь вдоль спиральных цепочек железа устанавливается при 40 К. Помнению авторов, магнитное упорядочение Tb-подсистемы устанавливается при той жетемпературе и приводит к антипараллельной ориентации моментов Fe и Tb в плоскостях аb сFe = 4.4 B и Tb = 8.6 B при 2 К.Отметим, что авторами [56] сделан вывод, что понижение симметрии TbFe3(BO3)4 приTS 192 К от R32 до Р3121 не сказывается на формируемой магнитной структуре, поскольку дванеэквивалентных узла железа ведут себя одинаково, и значимые для магнитной связирасстояния и углы практически не изменяются. Анализ магнитной структуры TbFe3(BO3)4позволил авторам сделать вывод о ЛО характере, в соответствии с которым магнитныемоменты железа и тербия направлены вдоль тригональной оси с.В [56] приведены также структурные детали антиферромагнитного внутрицепочечноговзаимодействия через путь Fe-O-Fe и различных обменных путей между цепочками дляферромагнитного и антиферромагнитного взаимодействий.
В этой работе повторен вывод,сделанный в [70], что РЗ ион не взаимодействует с ионами железа из той же ab-плоскости, авзаимодействует с ионами Fe3+ из соседних плоскостей. Измеренные в [56] без разориентациитемпературные зависимости магнитной восприимчивости TbFe3(BO3)4, а также кривыенамагничивания обсуждаются в §3.2.Отметим, что проведенная К. Риттером серия нейтронных исследований магнитнойструктуры ферроборатов RFe3(BO3)4 (R = Tb [56], Y [61], Ho [61], Pr [62], Er [62], Dy [113], Sm[114]),дополненнаяизмерениямимагнитныххарактеристик,позволилаК.Риттеру,А.И. Панкрацу, Г.А. Петраковскому с соавторами получить большой массив данных, которыйони представили в виде таблицы 1.2 в [114].
Из таблицы видно, что, по мнению авторов, длямногих ферроборатов есть отклонения магнитных моментов железа и редкой земли от строгойориентации вдоль оси с или в плоскости ab. Приведенные в таблице 1.2 данные дляNdFe3(BO3)4 и GdFe3(BO3)4 процитированы из [108, 109] и [71], соответственно.В работе [108] проведены измерения магнитной восприимчивости, теплоемкости иисследованияметодамирентгеновскойинеполяризованнойнейтроннойдифракцииполикристаллических и монокристаллических образцов NdFe3(BO3)4, обогащенных изотопомбора11В. Сделано утверждение об установлении одновременного антиферромагнитногоупорядочения в Fe- и Nd-подсистемах при температурах ниже ТN = 30.5(5) К и до 1.6 К.
Помнению авторов, при понижении температуры до 19 К волновой вектор структурыK hex 0,0,3 / 2 и структура становится слегка несоразмерной при более низких температурах.35Таблица1.2.ДанныеомагнитныхструктурахвферроборатахRFe3(BO3)4.Sg–пространственная группа; k – волновым вектором структуры; Anis – анизотропия, EP – легкаяплоскость; EA – легкая ось (таблица из работы [114]).Проведенныйсимметрийныйанализпоказалсуществованиемагнитныхспиральныхконфигураций с магнитными моментами, ориентированными параллельно гексагональнойбазисной плоскости в соответствии с неприводимыми представлениями 3 в соразмерномслучае.Данныйвыводсогласуетсяслегкиминаправленияминамагниченности,перпендикулярными тригональной оси с, которые следуют из измерений магнитнойвосприимчивости.
При 1.6 К магнитный момент железа определен равным 4.9 В, что близко кзначению момента иона железа в свободном состоянии. Магнитный момент иона Nd3+составляет 2.7 В, что приписывается эффектам КП. Авторами приведена магнитнаяэлементарная ячейка NdFe3(11BO3)4 при 20 К, для которой магнитные моменты ионовжелеза и неодима в базисной плоскости ориентированы перпендикулярно друг другу(см. рисунок 1.18). Расчеты, проведенные в [115], показали, что взаимно перпендикулярнаяориентация магнитных моментов Fe и Nd в NdFe3(BO3)4 противоречит экспериментальнымкривым намагничивания.В результате в ферроборате NdFe3(BO3)4 наблюдается последовательность магнитныхфазовых переходов.
Ниже температуры Нееля TN 30 К возникает антиферромагнитноеупорядочение магнитной подсистемы железа в плоскости ab. При температуре Tc 13.5 К [109](на поликристаллических образцах Tc 19 К [108]) происходит еще один фазовый переход, прикотором образуется несоизмеримая геликоидальная магнитная структура в направлении оси c,перпендикулярной легкой плоскости ab.36Рисунок 1.18. Гексагональная магнитная элементарная ячейка NdFe3(11BO3)4 при 20 К из работы[108].
Темно-серые/серые сферы и стрелки показывают атомы Fe и Nd и их магнитные моментысоответственно.Нейтронные исследования магнитной структуры NdFe3(11BO3)4 при T < Tc 13.5 внулевом внешнем поле [109] показали, что несоизмеримая геликоидальная структура разворотавектора антиферромагнетизма в плоскости ab имеет вдоль оси c период, много большийoпериода магнитной решетки железа в этом направлении c = 7.61 A . При температуре вблизиoфазового перехода T = 14 K Tc данный период составляет L = 3900 A 523 c [116].С понижением температуры период несоизмеримой структуры уменьшается до L = 1123oA 146 c при T = 2 К. В работе [116] авторы, исследуя NdFe3(BO3)4, также показали, чтомагнитное поле H||а величиной 2 Тл перестраивает магнитную структуру в базисной плоскости,что приводит к подавлению геликоидальной магнитной структуры вдоль оси с.
Анализируемаяв [116] перестройка магнитной структуры NdFe3(BO3)4 при Hс была ранее предложена приучастии автора диссертации в работе [115] и используется в представляемых далее главах приописании процесса намагничивания ферроборатов в базисной плоскости.Нейтронные исследования монокристалла NdFe3(BO3)4 также были проведены в работе[117]. Экспериментальное и теоретическое исследования позволили исследовать природугибридизации между 4f и 3d магнетизмом в NdFe3(BO3)4. Авторы данной работы полагают, чтолокальная магнитная анизотропия обусловливает обнаруженную электрическую поляризацию,и в силу малости вклада в магнитную анизотропию от Fe-подсистемы локальная симметрия РЗиона обусловливает наличие мультиферроэлектричества в ферроборате NdFe3(BO3)4.37М.И.
Кобец с соавторами [118] представили результаты исследований методом АФМРсвойств NdFe3(BO3)4 в широком диапазоне частот (17-142 ГГц) и температур (4.2-17 К).Результаты показывают, что магнитная структура NdFe3(BO3)4 является ЛП со слабойдополнительной анизотропией в базисной плоскости ab. Определены характерные магнитныепараметры NdFe3(BO3)4: обменное поле (косвенное обменное взаимодействие ионов железачерез ионы кислорода вдоль цепочек в направлении оси с) равно He = 580 кЭ, поле основнойЛП анизотропии Hа = 1.14 кЭ и поле дополнительной анизотропии в легкой плоскости Hа1 =60 Э. Авторы считают, что за магнитную анизотропию отвечают РЗ ионы, но из-за обменноговзаимодействия ионов редкой земли и железа, которое составляет порядка JFeNd = 73 кЭ [115],наводится эффективная анизотропия в железной подсистеме. Затем в работе [119] продолжилиисследование ферробората NdFe3(BO3)4, изучив спектры АФМР в интервалах частот 15–32.2ГГц и температур 2.17–10 К в полях H < HSF.
Показано, что наличие несоизмеримой магнитнойструктуры в этих интервалах параметров приводит к существенному изменению резонансныхсвойств системы. Частоты обычного резонанса остаются конечными вплоть до поля спин-флопперехода HSF, и возникает дополнительная ветвь возбуждений, обладающая необычнымигистерезисными особенностями. Для этой ветви найдены частотно-полевые и частотнотемпературные зависимости в указанных интервалах изменения параметров.МагнитныесвойстваферроборатаNdFe3(BO3)4подробноисследованывэкспериментальных работах [69, 120, 121, 122].
Были измерены температурные зависимоститеплоемкости и магнитной восприимчивости вдоль трех кристаллографических направлений до350 К. Проведены детальные измерения кривых намагничивания монокристаллов NdFe 3(BO3)4вдоль трех осей a, b, c (ось b перпендикулярна a) в широком интервале температур от 2 до350 К в полях до 9 Тл в базисной плоскости и до 5 Тл вдоль тригональной оси.1.2.4. Спектроскопические исследованияОсновной массив спектроскопических исследований РЗ ферроборатов, актуальных дляданной диссертации, был выполнен в группе М.Н.
Поповой в Институте спектроскопии РАН.Некоторые из полученных данным авторским коллективом параметры для ферроборатовприведены в таблице 1.3 из работы [123]. Результаты данных исследований позволили авторампри участии Б.З. Малкина определить для ряда ферроборатов параметры КП.В работе [124] были получены спектры пропускания при комнатных температурах длясоединений NdFe3(BO3)4 и GdFe3(BO3)4 с целью исследования d-d переходов для иона Fe3+.Измеренные спектры пропускания для разных температур от 180 до 4.2 К позволилиопределить энергии мультиплетов 4I9/2 и 4I15/2, а также температурно зависящие обменныерасщепления нижних дублетов в области упорядочения. Авторам удалось определить важную38Таблица 1.3. Данные о ферроборатах RFe3(BO3)4 [123]: TS – температура структурного фазовогоперехода; TN – температура магнитного упорядочения; расщепления основного состояния R3+иона (R) и Er3+ зонда (Er); Heff –эффективное магнитное поле в месте, где находится ион R3+,оцененное, используя вычисленное значение магнитного g-фактора (g|| или g).для расчетов величину низкотемпературного расщепления основного крамерсовского дублетаиона Nd3+, ( 8.8 см-1).
Ферроборат NdFe3(BO3)4 был более подробно исследован в следующейработе [125], посвященной изучению оптических спектров, параметров КП и магнитнойвосприимчивости. Представлены спектры пропускания и поглощения высокого разрешения дляNdFe3(BO3)4 и из анализа зависящих от температуры поляризованных спектров найденыэнергии и обменные расщепления для 84 крамерсовских дублетов иона Nd 3+. Определеныпараметры КП, эффективное магнитное поле, действующее на Nd3+ при низких температурах, изначение Nd-Fe обменного интеграла. При расчетах рассмотрена модель димеров, содержащихдва ближайших иона железа в спиральной цепочке, с целью описать квазиодномерные свойстваферроборатов, а затем было применено приближение молекулярного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
