Магнитоупругие свойства редкоземельных цирконов

• Автор: Шишкина, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И МОДЕЛИ ДЛЯ ИХ ОПИСАНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
§1 Кристаллическая структура редкоземельных цирконов
§2 Кристаллическое поле в редкоземельных соединениях
§3 Магнитоупругие свойства редкоземельных соединений
Магнитоупругий вклад в тепловое расширение
Магнитоупругие аномалии упругих констант
Магнитострикция
§4 Методы расчета
Псевдоспиновый формализм
Формализм кристаллическогополя и .обобщенных начальных восприимчивостей ' " ’
ГЛАВА 2. МАГНИТОУПРУГИЕ АНОМАЛИИ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СО СТРУКТУРОЙ ЦИРКОНА
§1 Магнитоупругий гамильтониан в мультипольном приближении
§2 Магнитоупругий вклад в тепловое расширение тетрагональных соединений
§3 Тепловое расширение редкоземельных ванадатов
Мультипольные моменты редкоземельных ионов Рг, N6, ТЬ - УЪ в ванадатах
Критерий применимости квадрупольного приближения
Тепловое расширение решетки ванадата (Сс1У04)
Магнитоупругий вклад в тепловое расширение К У04
§4 Тепловое расширение редкоземельных фосфатов
Мультипольные моменты редкоземельных ионов в фосфатах
Магнитоупругий вклад в тепловое расширение ТЬР04 и ТтР04
Выводы к главе

ГЛАВА 3. МАГНИТОУПРУГИЕ АНОМАЛИИ УПРУГИХ КОНСТАНТ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ВАНАДАТОВ
§1 Магнитоупругий вклад редкоземельных ионов в упругие константы

§2 Аномалии температурных зависимостей упругих констант ванадатов ТЪ, Цу и Но
§3 Аномалии упругих констант в Тт У04
Температурные зависимости
АЕ-эффект
§4 Сравнение одноионных магнитоупругих и парных квадрупольных коэффициентов по ряду редкоземельных ванадатов
ГЛАВА 4. МАГНИТОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ИТТЕРБИЕВЫХ ЦИРКОНОВ
§1 Расчет магнитострикции
§2 Определение параметров кристаллического поля с учетом магнитной восприимчивости
ГЪР04
УЬУ04
§3 Магнитострикция
УЪР04
УЪУ04
§4 Магнитоупругий вклад в упругие константы
УЪР04
УЬУ04
§5 Одноионные магнитоупругие и парные квадрупольные коэффициенты в редкоземельных цирконах
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Редкоземельные (РЗ) окисные соединения образуют один из перспективных в практическом отношении класс магнитных материалов. РЗ оксиды характеризуются большим разнообразием магнитных, магнитоупругих (МУ), магнитооптических, резонансных, оптических и других физических свойств, что обуславливает их широкое использование в качестве рабочих материалов в лазерной и вычислительной технике, прикладной магнитооптике, в различных устройствах микроэлектроники, магнитоакустики и т.д. Успехи, достигнутые в последние годы в построении научных основ магнитного материаловедения, необходимого для целенаправленного создания новых магнитных материалов, в значительной степени связаны с исследованием физических свойств окисных РЗ соединений.
Проблема ян-теллеровских (ЯТ) систем, имеющих особенности типа вырождения или квазивырождения в энергетическом спектре электронов, представляет особый интерес в физике твердого тела вообще и в физике магнитных явлений в частности. Отличительной особенностью этих систем является сильная связь электронной подсистемы с решеткой, т. е. сильное электрон-фононное взаимодействие. Это приводит к тому, что для ЯТ магнетиков существует возможность эффективного управления физическими свойствами с помощью внешнего магнитного поля, температуры и разнообразных замещений в РЗ подсистеме, что особенно важно для решения проблемы создания магнитных материалов с заданными свойствами. Наличие в ЯТ системах сильного электрон-фононного взаимодействия приводит к тому, что упругие, магнитные, МУ и другие свойства ЯТ магнетиков оказываются сложнее и разнообразнее, чем для изоморфных соединений, содержащих ионы с орбитально невырожденным основным состоянием [1, 2].
Существуют три изоморфные серии РЗ оксидов со структурой циркона (фосфаты, ванадаты, арсенаты), для которых спектры РЗ ионов
где о>г(я) - частота фононов с волновым вектором q, преобразующимся по неприводимому Г представлению, и с® упругая константа,
соответствующая деформации е “ в отсутствие ЯТ взаимодействий.
Гамильтониан Н!оп, описывающий электронные состояния иона в равновесном кристаллическом электрическом поле решетки, может быть записан как линейная комбинация неприводимых тензорных операторов 0:'(1), действующих на электронных состояниях 1-го ЯТ иона.
н,„„ - У2в;о;(1), (11)

где В[! параметры, определяющие величину расщепления электронных состояний КП [90].
Гамильтониан ЯТ взаимодействий записывается как линейная комбинация деформаций решетки и электронных операторов:
Н]ит = 2! ОгЕг Ог (1) - 2 гСФОг (ч)С2г (-с0 > (12)
1 Г,ш ц Г,т
где т]г и §г(ч) феноменологические константы, а О™ (я) - Фурье
представление 0™(1):
О г (Я) = (1/э/)20р 0)ехР(-1я т), (13)
N - число ЯТ ионов и - радиус-вектор 1-го иона.
Ниже на примере нескольких работ продемонстрирован метод расчета некоторых магнитных и МУ свойств РЗ цирконов, основанный на псевдоспиновом формализме.
Теоретические расчеты температурной зависимости упругой константы с6б проведены авторами работы [69] в псевдоспиновом формализме по формуле: