Магнитные и магнитоупругие свойства редкоземельных ферроборатов RFe3(BO3)4,R=Nd,Tb,Dy

• Автор: Волков, Денис Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ГЛАВА 1. РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ФЕРРОБОРАТЫ ЬНеДВОЖ

(обзор)

§1. Введение

§2. Кристаллическая структура

§3. Фазовые переходы и магнитные свойства СбРе3(В03)4: магнитные

измерения, АФМР и эффект Мессбауэра

§4. Оптические свойства и электронная структура Сс1Ре3(В03)4.

Исследования под давлением

§5. Изучение мультиферроэлектрических свойств 0бРе3(В03)4 и

ШРе3(В03)4

§6. Спектроскопические исследования

§7. Магнитные и другие термодинамические свойства и данные
магнитной нейтронографии для 11Ре3(В03)4
§8. Кристаллическое поле и оптические свойства изоструктурных
алюмоборатов 11А13(В03)4
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД
§ 1. Гамильтониан и термодинамический потенциал для расчета
магнитных характеристик
§2. Магнитоупругий гамильтониан и расчет магнитоупругих
эффектов
ГЛАВА 3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ
ФЕРРОБОРАТОВ ТЬБе3(В03)4 И БуЕе3(В03)4
§1. Кривые намагничивания, начальная магнитная восприимчивость и вклад редкоземельной подсистемы в теплоемкость ТЬРе3(В03)4
1.1. Качественный анализ
1.2. Количественный анализ
§2. Эффект “ взаимодействия” энергетических уровней
редкоземельного иона в ТЬРе3(В03)4

§3. Магнитные свойства БуРе3(В03)4
§4. Выводы
ГЛАВА 4. ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ В
ЛЕГКОПЛОСКОСТНОМ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКЕ
ШГе3(В03)4
§ 1. Кривые намагничивания
1.1. Анизотропия намагниченности при 2 К в плоскости ас
1.2. Низкотемпературные кривые намагничивания в базисной плоскости
1.3. Кривые намагничивания для разных температур во
флоп фазе
§2. Температурные зависимости начальной магнитной восприимчивости
в упорядоченной области. Аномалии типа Шоттки
§3. Выводы
ГЛАВА 5. МАГНИТОУПРУГИЕ ЭФФЕКТЫ В
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ФЕРРОБОРАТАХ ВРе3(В03)4
§1. Введение
§2. Продольная магнитострикция в ШРе3(В03)4
§3. Магнитоупругий вклад в тепловое расширение
§4. Перенормировка упругих констант
§5. Скачки магнитострикции при спин-флоп переходе в ТЬРе3(В03)4
§6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Соединения, содержащие 4Е и 3с1 элементы, весьма перспективны для практического применения, поскольку обладают большим разнообразием магнитных, магнитоупругих, магнитооптических, резонансных и других физических свойств. Они используются или исследуются для использования в качестве рабочих материалов в лазерной и вычислительной технике, прикладной магнитооптике, в различных устройствах микроэлектроники, магнитоакустики и т.д.
Изучение 4Е-Зс1 соединений важно не только с точки зрения их практического применения. Существование двух магнитных подсистем со своей спецификой взаимодействия представляет большой интерес для физики магнитных явлений. В формировании физических свойств этих соединений важнейшую роль играет кристаллическое поле, а также магнитоупругое взаимодействие, их изучение позволяет решать проблемы, имеющие ключевое значение для физики твердого тела. В частности, оно способствует выяснению фундаментальных вопросов магнетизма: природы кристаллического поля, магнитоупругого взаимодействия, магнитной анизотропии, механизмов индуцированных магнитным полем фазовых переходов в М системах и т.д.
В качестве объектов исследования были выбраны редкоземельные (РЗ) ферробораты 11Рез(ВОз)4, имеющие структуру минерала хантита, которые характеризуются яркими магнитными и магнитоупругими свойствами и их аномалиями при индуцированных магнитным полем фазовых переходах. В случае В = бб, N6 установлена [1, 2] принадлежность этих соединений к классу мультиферроиков, исследование соединений с другими Я в этом аспекте еще не проводились. Железная подсистема в РЗ ферроборатах упорядочивается антиферромагнитно при температурах Нееля 7# порядка 30-40 К. Кристаллы КРез(В03)4 имеют тригональную симметрию (пространственная группа 1132) и характеризуются цепочечной структурой

#ме2 = -«/ {В2о + в%0°2£а2 + В'2г (0ес1 + 0гл)
1 " (21) +4 (0х/1 +а'2е*2)+ве22 (02ее1 +ф£2)+42 [р]е^ + 02еа)} ,
я'«4=-Д,{(в«о,°+в;з^) е‘'4 +в‘, (ау+ о'У)+4 (о'/' + й>{2 )+а;, (о4У+я4У2 ) (22)
+4 (а,2/1 +ф«)+4 (оу-й„У2)+4 (-ау +о4У2)}
Здесь я7 и /?у - коэффициенты Стевенса, О и £2 - эквивалентные операторы, выражения для которых через компоненты оператора углового момента приведены в Таблице 1. Таблицы матричных элементов этих операторов для всех РЗ ионов собраны, например, в монографии [81] (см. также [82, 83]). Члены шестого порядка опущены в #мЕ, потому что вычисления показали, что вклад мультипольных моментов шестого порядка в магнитоупругие эффекты в РЗ ферроборатах пренебрежимо мал.
Экспериментальные данные для различных Тб соединений (РЗ ферриты-гранаты, РЗ ортоферриты, Я-Бе интерметаллиды и др.) показывают, что их магнитоупругие свойства определяются, в основном, РЗ подсистемой, поскольку магнитоупругие взаимодействия в ней обычно гораздо сильнее, чем в б-подсистеме. Этот известный факт подтверждается, например, данными соответствующих таблиц в монографии [77], которые свидетельствуют, что константы магнитострикции соединений с РЗ ионами существенно больше, чем константы магнитострикции соединений с диамагнитными У, Ьи и др. Существенно больший вклад РЗ подсистемы в магнитоупругие свойства Рб соединений имеет место особенно для соединений с такими сильными РЗ ионами, как ТЬ, Эу, Но. Поэтому магнитоупругую энергию Ре подсистемы, которая антиферромагнитно упорядочена для Т < Г№ запишем в квадратичном по магнитному параметру порядка 1 (1 - единичный вектор антиферромагнетизма) приближении