Влияние примесных ионов Sm3+ и Dy3+ на анизотропные свойства гематита

• Автор: Еремин, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 104 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СПИН-ПЕРЕОРИЕНТАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ В
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МАГНЕТЖАХ
11. Общие представления о фазовых переходах
1.1.1. Теория ферромагнитных превращений
1.1.2. Спин-переориентационные фазовые переходы
1.2. Спин-переориентационные переходы в редкоземельных ферритах-гранатах
1.3. Спин-переориентационные переходы в редкоземельных ортоферритах
1.4. Спин-переориентационные переходы в одноосных антиферромагнетиках
1.5. Выводы и постановка задачи
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ
2.1. Спектрометр магнитного резонанса с системой автоматической подстройки частоты
2.2. Импульсный спектрометр магнитного резонанса
2.3. Приготовление образцов
2.4. Основные результаты
ГЛАВА III. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПЕРЕХОДА МОРИНА В
КРИСТАЛЛЕ а-ГегОзПаДт
3.1. Магнитостатические и магниторезонансные
свойства гематита
3.2. Магнитные свойства иона Ьт3"1"
3.3. Экспериментальные результаты
3.4. Обсуждение результатов
3.5. Основные результаты
ГЛАВА IV. СПИН-ПЕРЕОРИЕНТАЦИОННЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД В БАЗИСНОЙ ПЛОСКОСТИ В КРИСТАЛЛЕ а-ГегОцСЛуОу
4.1. Экспериментальные результаты
4.2. Модельные представления
4.3. Расчет магнитного резонанса
4.4. Результаты и обсуждение-*
4.5. Основные результаты
ПРИЛОЖЕНИЕ I
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Современный уровень развития техники ставит перед исследователями задачи по созданию новых материалов и поиску эффектов, пригодных к практическому использованию. В настоящее время усилился интерес к магнитным материалам в связи с созданием многослойных магнитных пленок, открытием высокотемпературной сверхпроводимости, обнаружением гигантского магнитосопротивления как в пленках, так и в системах с электронным фазовым расслоением и эффектов, связанных с явлением бистабильности. Вещества, обладающие магнитными фазовыми переходами в температурном диапазоне, приемлемом для приложений, также являются вероятными кандидатами на предмет исследования их физических свойств.
Среди магнитоупорядоченных веществ большую часть составляют антиферромагнетики. Они обладаю богатым разнообразием наблюдаемых свойств и, в силу возможности управления: их составом, структурой, а также путем внешних воздействий, служат модельными объектами при изучении фундаментальных вопросов физики конденсированного состояния.
Кристаллы гематита и родственные им кристаллы (слабые ферромагнетики типа «легкая плоскость») являются перспективными материалами для создания устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн, например, гематит уже нашел применение в акустоэлектронике и магни-тоэлектронике.
Представляет интерес изучение гематита и с научной точки зрения, так как он, благодаря эффекту обменного усиления, является удобным объектом при изучении слабых индуцированных анизотропных взаимодействий. В силу того, что аддитивные вклады в магнитную кристаллографическую анизотропию гематита почти уравновешивают друг друга, внедрение примесей может значительно менять величину, а также знак константы магнитной анизотропии. В литературе имеется множество работ, посвященных изучению влияния различных примесей на магнитные свойства гематита. Однако среди них отсутствуют ка-

казали, что при низких температурах (Т~80 К) данный переход является переходом второго рода, а выше - фазовым переходом первого рода. [48,51]. По-видимому, это связано с присутствием неконтролируемых примесей. Для таких образцов на фазовой диаграмме (Н-Т) имеется трикритическая точка. Стоит отметить, что похожая фазовая диаграмма была рассмотрена выше на диспро-зиевом ортоферрите, легированном ионами Со2+ (рис.1).
В поле, направленном параллельно легкой оси, не происходит схлопыва-ния подрешеток (спин-флип переход) при сколь угодно больших полях. Как было показано [49], в ромбоэдрических антиферромагнетиках с взаимодействием Дзялошинского спин-флип фаза достижима только когда внешнее магнитное поле направлено вдоль оси третьего порядка.
Спин-переориентационные переходы в базисной плоскости. Переходы такого типа в одноосных магнетиках явление довольно редкое. Например, в ромбоэдрических антиферромагнетиках типа “легкая плоскость” до настоящего времени было известно лишь два кристалла с переходом такого вида.
В кристалле бората железа, который является слабым ферромагнетиком на всем температурном интервале, методом АФМР было обнаружено, что анизотропия резонансного поля в базисной плоскости меняет знак в области Т » 5 К (рис.4) [52]. Это указывает на то, что направление легкого намагничивания в базисной плоскости переориентируется от оси С2 к плоскости сг.
Микроскопический анализ показал, что спин-переориентационный переход в базисной плоскости в борате железа имеет место благодаря полю, возникающему от примесной подсистемы кристалла [53]. В роли примеси в данном соединении выступают ионы двухвалентного железа Бе24". Расчет поля анизотропии Н<р показывает, что на фоне постоянной составляющей Нд наблюдается осциллирующая по углу часть На. Причём минимум На смещается по углу при изменении температуры. Система имеет минимум энергии в положениях <рт°, которые являются направлениями легкого намагничивания. Было найдено, что в интервале температур 4-30 К имеет место непрерывный поворот оси легкого