Диссертация (1097685), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Результаты расчетовмагнитной восприимчивости с обменным параметром для ионов железа в цепочке Jnn = –6.25 Kи между цепочками Jnnn = –1.92 K удовлетворительно совпадают с экспериментальнымиданными в парамагнитной области и только качественно – в упорядоченной. Полученный вмодели обменных зарядов набор параметров КП был улучшен в процедуре подгонки кэкспериментально измеренным энергетическим уровням. Из определенного расщепленияосновного состояния иона Nd3+ (8.8 см-1) с использованием вычисленного значения g-факторадля основного состояния (g = 2.385) получена оценка для эффективного локальногомагнитного поля в месте, где находится ион Nd3+, Вloc = 7.88 Тл.Затем данным авторским коллективом были проведены аналогичные исследования дляферроборатов RFe3(BO3)4 с R = Pr [126, 127, 128], Er [129], Eu [51], Tb [130], Sm [131].
В случаеR = Pr [126], Tb [130], Sm [131] авторам удалось определить параметры КП. В частности,используя модель димеров в цепочках октаэдров FeO6, введенную в работе [125] имодифицированную в [126], сделан вывод об анизотропном характере f–d-взаимодействия в39PrFe3(BO3)4. На примере PrFe3(BO3)4 продемонстрирована возможность появления запрещенныхспектральных линий в спектре диэлектрического кристалла при температуре магнитногоупорядочения [132].
В случае SmFe3(BO3)4, по мнению авторов, вследствие сильногосмешивания основного и возбужденных мультиплетов кристаллическим полем анизотропияобменного взаимодействия существенно сильнее магнитной анизотропии [131]. Отметим, чтопо аналогии с Sm3Fe5O12 [133, 134] на магнитные и другие свойства SmFe3(BO3)4 можетоказывать существенное влияние смешивание мультиплетов иона Sm3+ (J-J связь).В группе М.Н. Поповой были проведены спектроскопические исследования РЗферроборатов методом эрбиевого зонда [135, 136, 137, 138, 139]. Метод эрбиевого зондапозволяет по измеренным оптическим спектрам высокого разрешения, которые зависят оттемпературы, исследуя температурные зависимости обменных расщеплений иона Er3+,определять значения температур магнитного упорядочения TN и спин-переориентационныхпереходов TSR.
Из сравнения величин обменных расщеплений основного состояния иона Er 3+ всоединениях RFe3(BO3)4 и в GdFe3(BO3)4, магнитная структура которого известна, сделан выводоб ориентации магнитных моментов железа в магнитоупорядоченном состоянии. Установлено,что в ферроборатах YFe3(BO3)4, ErFe3(BO3)4 и НоFe3(BO3)4 реализуется ЛП структура, а вTbFe3(BO3)4 и DyFe3(BO3)4 легкоосная (см. рисунок 1.19). В [135], кроме того, исследованымагнитное упорядочение и спиновая переориентация в ферроборатах Nd хGd1-хFe3(BO3)4 с х =0.01, 0.04, 0.25, 1.0. Было обнаружено, что при увеличении содержания неодима температурымагнитного упорядочения ТN и спин-переориентационного перехода ТR уменьшаются.Рисунок 1.19. Спектральная линия зонда Er3+, соответствующая переходу из основногосостояния на второй уровень следующего мультиплета, в RFe3(BO3)4 (рисунок из работы [136]).40Методами неупругого рассеяния [140] света исследованы структурные, магнитные имагнитоупругие свойства ферроборатов RFe3(BO3)4 с R = Gd, Tb, Nd, Er, Y.
Все соединения,кроме NdFe3(BO3)4, показали слабый структурный фазовый переход первого рода, при которомпроисходит активация сильной моды либронной природы для BO 3, и ее последующуютемпературную эволюцию. Спектры рассеяния для низкотемпературных фаз полностьюсогласуются с установленными ранее низкотемпературными структурами. Авторами проведендетальный анализ колебательных спектров при температуре магнитного упорядочения, которыйпоказал существование сильного магнитоупругого взаимодействия для всех исследованныхферроборатов.
Анализ двухмагнонного рамановского рассеяния для магнитных фаз далкачественно похожие спектры рассеяния для пяти исследованных соединений, которыесвидетельствуют, что структурные различия между ними не сильно влияют на магнетизм испектры магнитных возбуждений.1.2.5. Редкоземельные ферробораты замещенных составов с конкурирующим R-FeобменомИнтереск( R1(1)x R (x2) M3 (BO3 )4 ,возможностьюисследованиюзамещенныхRFe3-xGax(BO3)4управлениявеличинойииRxY1-xFe3(BO3)4)вкладавразбавленныхобусловлен,магнитные,ферроборатоввчастности,магнитоэлектрические,магнитоупругие и другие физические свойства кристалла от R- и Fe-подсистем.
Активноеисследование ферроборатов замещенных составов R1(1)x R (x2) M3 (BO3 )4 ( R (1) и R (2) – разныередкоземельные ионы) началось в 2009–2010 гг. [141, 142, 143, 144, 145, 46]. Наличие вR1(1)x R (x2) M3 (BO3 )4 конкурирующих R (1) –Fe- и R (2) –Fe-обменных взаимодействий можетпривести к эффектам, обусловленным конкуренцией вкладов, например реализация спонтанныхпереориентационных переходов между ЛО и ЛП состояниями.
При этом изменениеконцентраций РЗ ионов в R1(1)x R (x2) M3 (BO3 )4 будет существенным образом влиять навозможность реализации в них спонтанных и индуцированных магнитным полем фазовыхпереходов. Появившиеся новые возможности варьирования состава обеспечили еще большееразнообразие эффектов [141-146, 147, 148, 149, 150, 151, 152]. При этом во всех исследованныхзамещенных ферроборатах отмечены значительные изменения магнитных свойств посравнению с чистыми составами.Первая работа, продемонстрировавшая возможности управления вкладами РЗ и железнойподсистемами в замещенных ферроборатах, была опубликована А.М. Кадомцевой с соавторами[141].
В ней представлены результаты исследования магнитных, магнитоэлектрических имагнитоупругих свойств Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4. Показано, что в Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 ниже41температуры Нееля ( 32 К) антиферромагнитное состояние является легкоплоскостным, авблизи TR 25 К (см. рисунок 1.20) происходит спонтанный спин-переориентационный переходв одноосное состояние.
Обнаружены аномалии различных физических характеристик при спинфлоп-переходе (рис. 1.21) и построены Н-Т фазовые диаграммы, которые хорошо согласуются спростой моделью, учитывающей анизотропию обменного расщепления и g-факторов основныхдублетов ионов Dy3+ и Nd3+. Дано качественное теоретическое обоснование возможностипоявления спин-переориентационного перехода в Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4.Рисунок1.20.ТемпературныеT (K)зависимости магнитнойвосприимчивостивдольиMc (emu/g)перпендикулярно оси с в Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4, измеренные в указанных полях [141].H (kOe)Рисунок 1.21.
Кривые намагничивания вдоль оси с Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4, измеренные вимпульсных магнитных полях [141].42Необходимо отметить большой объем не только синтезированных монокристаллов, но иэкспериментально исследованных магнитных свойств ферроборатов Nd1-xDyxFe3(BO3)4 (x = 0.05,0.1, 0.15, 0.25, 0.4) И.А Гудим и Е.В. Ереминым из института физики им.
Л.В. Киренского СОРАН [46, 147-149, 152]. Подробный анализ и описание полученных экспериментальныхрезультатов для данных соединений проведен в §6.2. В частности, обсуждается обнаруженноебольшее количество аномалий на кривой намагничивания Мс Nd0.75Dy0.25Fe3(BO3)4 при спинфлоп-переходе, чем в работе [141] (см. рисунки 1.21 и 6.15).Следует отметить цикл работ Г.А.
Звягиной с соавторами по исследованию упругих имагнитных свойств замещенных ферроборатов Nd1-xDyxFe3(BO3)4 с разными значенияпараметра замещения х. Авторы применяют один из чувствительных методов исследованиямагнитоупорядоченных систем – изучение поведения акустических волн в них подвоздействием внешнего магнитного поля. К преимуществам метода следует отнести точностьопределения критических температур и полей, а также рода фазовых переходов, что иногдавызывает трудности при стандартных магнитных измерениях намагниченности, магнитнойвосприимчивости или отклика теплоемкости на магнитное поле [151].Установлено,чтовферроборатеснаибольшимвкладомотDy-подсистемыNd0.6Dy0.4Fe3(BO3)4 спонтанная переориентация от ЛП к ЛО состоянию, скорее всего,отсутствует, и ниже температуры упорядочения магнитная система сразу находится в ЛОсостоянии [153].
При этом внешнее магнитное поле В||с индуцирует два последовательныхфазовых перехода во всем диапазоне температур ниже точки Нееля. Аналогичные ступенчатыеаномалии были обнаружены ранее в [46, 147] и подробно обсуждаются в §6.2.В работах [154, 155] рассмотрено поведение упругих и магнитных характеристикNd0.9Dy0.1Fe3(BO3)4 при низких температурах в отсутствие магнитного поля и во внешнем полеH||с. Установлено, что в температурном поведении скоростей акустических мод и магнитнойвосприимчивости проявляются переход магнитной подсистемы в магнитоупорядоченноесостояние и два следующие один за другим спонтанные спин-переориентационные фазовыепереходы. Авторами сделано предположение о возможности реализации в кристаллеNd0.9Dy0.1Fe3(BO3)4 спонтанного перехода в несоразмерную (спиральную) магнитную фазу.Показано, что внешнее магнитное поле, направленное вдоль тригональной оси кристалла,индуцирует последовательность спин-переориентационных фазовых переходов. Построенафазовая H–Т диаграмма соединения для поля H||с.Представленные Г.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
