Исследование взаимосвязи магнитных, оптических и электрических свойств боратов переходных металлов

• Автор: Казак, Наталья Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 137 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЕЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Физические свойства боратов в ряду изоструктурных кристаллов МВ03, М=Ее, V, Сг, И

1.1.1. Кристаллическая структура боратов переходных металлов МВ03

1.1.2. Магнитное упорядочение и кинетические свойства боратов МВ03 и их взаимосвязь

1.1.3. Анизотропия магнитных свойств боратов переходных металлов

1.1.4. Оптические и магнитооптические свойства боратов

1.1.5. Теоретический расчет электронной структуры

1.2. Физические свойства оксиборатов со структурой варвикита

м2+м,3+ово
1.2.1. Кристаллическая и магнитная структура
1.2.2. Электрические свойства варвикитов
1.3. Постановка задачи
ГЛАВА 2. ОБРАЗЦЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Образцы боратов ЕеВ03, УВОз, СгВОз, Ее1_хУхВ
2.2. Образцы варвикита Ее191У0.09ВО
2.3. Рентгеноструктурный анализ
2.4. Метод изготовления электрических контактов, измерения электросопротивления
2.5. Измерение статической намагниченности
2.6. Измерение эффекта Мессбауэра
2.7. Измерение спектров оптического поглощения
ГЛАВА 3. МАГНИТНЫЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ ЕеВ03 и УВ03 И ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Еет хУхВ

3.1. Магнитное упорядочение в монокристалле УВОз и твердых растворах Ре,_хУхВ
3.1.1. Полевые и температурные зависимости намагниченности УВОз
3.1.2. Полевые и температурные зависимости намагниченности твердых растворов Ре,.хУхВ03. Определение критических температур магнитных фазовых переходов и параметров магнитной структуры
3.2. Изучение эффекта Мессбауэра в железосодержащих образцах твердых растворов Ее,. хУхВ
3.3. Кинетические свойства твердых растворов Ее1.хУхВ
3.4. Оптическое поглощение твердых растворов Ее,.хУхВОз
3.4.1. Характерные особенности экспериментальных спектров оптического поглощения твердых растворов Ре1_хУхВ
3.4.2. Анализ оптических спектров в рамках одноэлектронной и многоэлектронной моделей
ГЛАВА 4. МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ БОРАТОВ УВ03 И СгВОэ
4.1. Определение первой константы одноосной анизотропии К, и эффективного поля одноосной анизотропии УВОз
4.2. Анизотропия магнитных свойств бората СгВ03. Неустойчивое магнитное состояние как результат существования гексагональной анизотропии
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА, МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ВАРВИКИТА Ее, .9, У0.09ВО
5.1. Кристаллическая структура оксибората Ее].9,Уо.о9В
5.2. Исследование спектров эффекта Мессбауэра
5.3. Температурная зависимость намагниченности монокристалла Ре1.91У009ВО
5.4. Температурная зависимость электросопротивления варвикита Ре,.9,У0,09ВО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
С момента открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в оксидах меди и магнитных материалов с колоссальным магнитосопротивлением начался интенсивный поиск новых соединений с подобными уникальными свойствами. В ходе такой работы был достигнут определенный прогресс как в теоретическом изучении систем с сильными электронными корреляциями (СЭК) (разработка численно-точных методов для бесконечных систем и кластеров конечных размеров), так и в экспериментальной области исследования (синтез новых соединений). С теоретической точки зрения учет СЭК позволяет выяснить механизм формирования структуры энергетического спектра и сделать предсказания относительно поведения экспериментально измеряемых физических величин, таких как электросопротивление, теплоемкость, магнитная восприимчивость. Экспериментально же сильные электронные корреляции проявляют себя в тесной взаимосвязи электрических, оптических и магнитных свойств.
Среди полученных материалов бораты переходных металлов формируют класс соединений, для которых характерны сильные электронные корреляции в узких «'-зонах, определяющие условия локализации электронных состояний, кинетические и магнитные свойства. В связи с этим представляет интерес исследование оксиборатов металлов переходной 3с1 группы, в которых наблюдается взаимные корреляции явлений переноса и магнитного упорядочения. При этом ситуация, в которой конкурирующие обменные взаимодействия приводят к установлению того или иного магнитного порядка, может быть искусственно создана путем синтеза твердых растворов изоструктурных соединений с различным магнитным порядком.
Однако, несмотря на научную и практическую, важность теоретические и экспериментальные исследования боратов весьма немногочисленны за исключением широко известного материала РеВ03. В частности, в настоящее
цепочки, при этом имеет место антиферромагнитное упорядочение моментов в позициях 1 и 2. Магнитный момент насыщения, приходящийся на атом Fe равен 3.74 /щ. На основании измерения намагниченности Fe20B03 авторы работ [172, 173] пришли к выводу, что это соединение представляет собой
(рис.7). Большое значение константы Кюри-Вейсса (С=208 см3-К/моль), полученное из анализа магнитной восприимчивости в парамагнитной
О 50 100 150 200 250 Э
Т (К)
области, авторы приписывают Рис 7 Температурная зависимость
существованию ближнего намагниченности Fe2OB03 [173]. Кривые 1,
2 - охлаждение в магнитном поле; 3
ферромагнитного порядка. охлаждение в поле, равном нулю.
Основные выводы, сделанные из измерений эффекта Мессбауэра в
1е2ОВОз, коротко можно сформулировать следующим образом [172, 174]:
• изомерные сдвиги 5=1.15 мм/с (Fe2+) и 5=0.35 мм/с (Fe3+) типичны для высокоспинового состояния иона железа, находящегося в октаэдрической координации кислорода;
• при Т=155 К соединение испытывает переход в магнитоупорядоченное состояние, который сопровождается процессом перераспределения катионов, в результате которого ионы Fe21", Fe3+ с равной вероятностью занимают неэквивалентные позиции 1 и 2 и распределение катионов имеет вид Fe(l)02+5 Fe(l)o+5 Fe(2)0.5 Fe(2)l*5 0В°3;
• при Т—270К происходит процесс делокализации заряда, в результате которого наряду с “локализованными” Fe2+ и Fe3+ состояниями появляются “делокализованные” Fe2 5+ состояния;
• значения квадрупольных расщеплений указывают на то, что координационный октаэдр в позиции 2 имеет более низкую симметрию.