Исследование магнитных свойств диспрозий-иттриевых ферритов-гранатов при низких температурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Введение.

ГЛАВА 1. Кристаллическая структура и магнитные свойства редкоземельных ферритов-гранатов (РЗФГ).

1.1. Кристаллическая структура РЗФГ.

1.2. Обменные взаимодействия в РЗФГ.

1.3. Магнитные свойства РЗФГ.

1.4. Свойства диспрозий-иттриевых ферритов-гранатов (ДИФГ).

ГЛАВА 2. Образцы и методики экспериментов.

2.1. Образцы.

2.2. Получение сильных импульсных полей.

2.3. Измерение намагниченности.

2.4. СВЧ-спектрометр для экспериментов в сильных импульсных полях.

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования статических магнитных свойств диспрозий-иттриевых ферритов-гранатов.

3.1. Полевые зависимости намагниченности при гелиевых температурах.

3.2. Полевые зависимости намагниченности при температуре до

Глава 4. Теоретическая модель для описания статических свойств магнитной системы ДИФГ.

4.1. Термодинамический потенциал ДИФГ в приближении

S=l/2.

4.2. Расчеты на основе изинговской модели.

4.3. Квазиизинговская модель.

4.4. Монокристалл Dyo.3Y2.7Fe5Oi2.

4.5. Монокристалл Dyo.6Y2.4Fe5Oi2.

Глава 5. Исследование динамических свойств магнитной системы ДИФГ.

5.1. Магнитный аналог эффекта Яна-Теллера.

5.2. Поглощение СВЧ-излучения: эксперимент при ориентации внешнего поля вдоль направления [100].

5.3. Поглощение СВЧ-излучения: эксперимент при ориентации внешнего поля вдоль направления [111].

5.4. Линии поглощения, не связанные с фазовыми переходами.

Редкоземельные ферриты-гранаты (РЗФГ) представляют собой класс магнитодиэлектрнков, который очень интенсивно изучается как экспериментально, так и теоретически, на протяжении последних трех десятилетий. Такой интерес обусловлен как результатами и перспективами их использования в промышленности в качестве материалов, так и чисто фундаментальным их значением как объекта исследования для физики твердого тела.

РЗФГ обладают сложной магнитной структурой, включающей две магнитные подрешетки, образованные ионами железа, и шесть магнитных подрешеток, образованных РЗ ионами. Магнитное упорядочивание осуществляется за счет обменного взаимодействия между железной и РЗ подсистемами, эффективное поле которого имеет величину порядка 100 кЭ.

Магнитные свойства определяются электронными состояниями РЗ ионов в структуре граната. Последние представляют собой сложные многочастичные объекты, расчеты свойств которых из первых принципов пока еще не разработаны. Поэтому особую актуальность получают как упрощенные «полуфеноменологические» модели, применяемые при теоретическом рассмотрении свойств этих соединений, так и экспериментальные исследования, позволяющие оценить степень применимости таких приближений и определить величины неизвестных параметров.

Одним из методов исследования в данном случае является получение кривых намагничивания РЗФГ в магнитных полях сравнимых или превышающих величину эффективного поля обменного взаимодействия РЗ и железной подсистем кристалла. Полученные таким образом данные об эволюции магнитной структуры позволили в ряде случаев не только определить величину эффективного поля обменного взаимодействия, но и предложить модель, адекватно описывающую магнитные свойства исследуемых соединений при низких температурах.

Цель работы. Основная цель наших исследований - изучение процессов намагничивания диспрозий-иттриевого феррита-граната ¥з-хОухРе5012 в магнитных полях до 50 Тл при низких температурах. При этом ставилось в основном две задачи: выбор модели основного состояния иона Бу3+ для теоретического описания полученных результатов и исследование магнитного резонанса в данном соединении. Ожидалось, что исследования магнитного резонанса позволят сделать вывод о проявлении в этом соединении магнитного аналога статического и динамического эффекта Яна-Теллера, наблюдавшегося ранее в гольмий-иттриевых гранатах при низких температурах.

Весь комплекс проведенных работ был направлен на решение следующих задач:

1. Получение кривых намагничивания диспрозий-иттриевого феррита-граната У3.хВухРе5012 при низких температурах в полях, превышающих обменное, при различных ориентациях внешнего поля относительно главных кристаллографических направлений.

2. Анализ полученных кривых и вычисление на их основе таких величин, как эффективное поле Ъ& - ^ обмена между РЗ и железной подсистемами.

3. Разработка алгоритмов расчета и получения теоретических кривых намагничивания, основанных на определенных моделях основного состояния Бу в диспрозий-иттриевом феррите-гранате У3.хВухРе5012 при низких температурах. э I

4. Выбор модели основного состояния Dy в диспрозий-иттриевом феррите-гранате Уз-хОухРе5012 на основе сравнения расчетных и экспериментальных кривых намагничивания.

5. Исследование поглощения СВЧ излучения в этом соединении в том же диапазоне полей.

Научная новизна и защищаемые результаты. Новизна выполненной работы состоит прежде всего в том, что впервые были получены кривые намагничивания и исследован магнитный резонанс в дсипрозий-иттриевых ферритах-гранатах в полях до 50 Тл при низких температурах. Более конкретно научная новизна определяется следующими положениями, выносимыми на защиту:

• Измерены кривые намагниченности и дифференциальной восприимчивости монокристаллов DyxY3. xFe50i2 (х = 0.3, 0.6 и 0.9) в импульсных магнитных полях до 60 Тл при температурах 4.2, 20 и 40 К

• Определено эффективное поле обменного взаимодействия между железной и диспрозиевой магнитными подсистемами в DyxY3.xFe5Oi2 : HexFe'R = 20.5+0.5 Тл.

• Доказано, что основным состоянием иона Dy3+ в структуре граната является дублет с сильно анизотропным g-фактором и расчитаны все его компоненты.

• Изучена перестройка магнитной структуры монокристалла Dy0.3Y2.7Fe5Oi2 при температуре 4.2 К и в магнитных полях до 60 Тл, ориентированных вдоль основных кристаллографических направлений.

• Исследовано поглощение СВЧ-излучения для монокристалла Dy0.3Y2.7Fe5Oi2 в диапазоне частот от 29 до 110 гГц при температуре 4.2К и в магнитных полях до 40 Тл, ориентированных вдоль осей [100] и [111].

• Обнаружены мягкие моды магнитного резонанса в точках фазовых переходов, связанные наличием магнитного аналога статического эффекта Яна-Теллера в данных полях. Найдены интенсивные линии поглощения СВЧ-излучения в фиксированных полях, никак не коррелирующих с точками магнитных фазовых переходов. Такие линии поглощения возможно обусловлены наличием магнитного аналога динамического эффекта Яна-Теллера в данных РЗФГ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты исследования статических магнитных свойств следующие:

Получены полевые зависимости намагниченности и дифференциальной восприимчивости монокристаллов ВухУ3.хРе5012 трех различных составов х = 0.3,х = 0.6их = 0.9в диапазоне полей от 0 до 60 Тл при температурах 4.2, 20 и 40 К

Построены и проанализированы фазовые диаграммы на плоскостях «поле-концентрация» (при Т = 4.2 К) и «поле-температура» (для составов х = 0.3 и х = 0.6)

Определено эффективное поле обменного взаимодействия между железной и диспрозиевой магнитными, подсистемами Нех = 20.5±0.5 Тл.

Разработан и реализован алгоритм расчета полевых зависимостей намагниченности и дифференциальной восприимчивости монокристаллов DyxY3.xFe50i2 при различных температурах в рамках приближения S = 1А.

Показано, что основным состоянием иона Dy3+ в структуре граната является дублет с сильно анизотропным g-фактором.

Определены компоненты g-фактора иона Dy в монокристалле Dy0.3Y2.7Fe5Oi2.

Исследована трансформация магнитной структуры монокристалла Dy0.3Y2.7Fe5Oi2 в диапазоне полей от 0 до 60 Тл при температуре 4.2 К.

Показано, что с ростом концентрации диспрозия видоизменяется энергетический спектр иона, что приводит к изменению его магнитных свойств.

ГЛАВА У. Исследование динамических свойств магнитной системы

ДИФГ

5.1 Магнитный аналог эффекта Яна-Теллера.

Изложенные выше результаты показывают, что основным состоянием иона Dy3+ в соединении Оуо.зУглРезО^ является изолированный крамерсов дублет, вырождение которого снимается обменным взаимодействием с железной матрицей. Поскольку внешнее поле направлено противоположно обменному, расщепление основного дублета с ростом поля будет уменьшаться. Поэтому можно ожидать, что при определенном значении внешнего поля будет происходить понижение симметрии магнитной структуры кристалла, препятствующее вырождению основного состояния иона диспрозия. Напомним, что такое понижение симметрии представляет собой магнитный аналог статического эффекта Яна-Теллера, наблюдавшийся ранее в гольмий-иттриевых ферритах-гранатах. Под понижением симметрии магнитной структуры в РЗФГ следует понимать отклонение намагниченности железной подсистемы кристалла от оси или плоскости симметрии кристаллической структуры. Пример такого отклонения показан на рисунке 5.1

Расчеты, проведенные в рамках изложенной в предыдущей главе модели, показывают, что в соединении Буо.зУглРезО^ действительно имеет место указанный эффект. На рис. 5.2 показаны полевые зависимости АГ(Н) расщепления основного дублета иона диспрозия А{=/ив \YjigaaK)2 в каждом из шести неэквивалентных с-v а мест в случае, когда внешнее поле направлено вдоль направления [100]. Видно, что ни в каком поле АГ(Н) не обращается в ноль. Снятие вырождения состояния иона Бу3+ происходит за счет изменения направления момента железной подсистемы На следующем рисунке (рис. 5.3) показаны полевые зависимости проекций вектора МРе на главные кристаллографические направления типа [100]. Видно, что вплоть до поля Ъ.\ = 16Тл намагниченность железной подрешетки лежит в плоскости <001> (Мг = 0), являющейся плоскостью симметрии кристаллической решетки. В указанном поле наблюдается отклонение вектора МРе из этой плоскости, сопровождающееся резким изменением магнитного момента образца. В этом поле наблюдается резкий максимум на зависимости восприимчивости образца от внешнего поля.

В области полей Ь.2 = 16Тл < Н < Ь3 = 18Тл вектор Мре лежит в плоскости <011> (М2 = Му), и система обладает симметрией по отношению к отражению уже в этой плоскости. Наконец, в полях превышающих Ьц = 22Тл вектор МРе снова расположен в плоскости <001>. н

100]

001]

Рис 5.1. Понижение симметрии при магнитном аналоге статического эффекта Яна-Теллера. n ьЬ 125°"

1000щ

750 ц0Н, Т

Рис 5.2. Расщепление основного дублета ионов Бу3+ в Оуо/зУ2/7ре5С)12 в шести неэквивалентных позициях. Расчет выполнен для ориентации внешнего поля вдоль направления [100].

-»—з

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 М X

Му м,

0 10 20 30 40 50 60

Ц()Н, Тл

Рис. 5.3. Расчетная зависимость проекций вектора намагниченности железной подрешетки от внешнего поля, ориентированного вдоль направления [100]. Т = 4.2 К.

Как уже говорилось в первой главе, магнитный аналог статического аналога Яна-Теллера имеет место в гольмий-иттриевом феррите-гранате. Было показано [15], что с этим эфектом связаны аномалии в поглощении СВЧ-излучения. В полях фазовых переходов наблюдалсиь частотно незаваисимые максимумы поглощения, названные мягкими модами магнитного резонанса [47].

Возникновение мягких мод магнитного резонанса в тех полях, в которых наблюдаются фазовые переходы, было объяснено в работах [47; 30].

Согласно этим работам, причина наблюдаемого резонансного поглощения СВЧ излучения в точках фазовых переходов, в том, что деформация магнитной структуры кристалла (отклонение намагниченности железной подрешетки), приводящая к понижению симметрии не является в общем случае статической (см рис 5.1). Всегда имеется несколько возможных деформаций, допускаемых симметрией задачи. Им соответствует одна и та же энергия магнитной системы кристалла. Состояния, соответствующие определенным деформациям называются вибронными [48; 49; 50]. Таким образом в общем случае эффекта Яна-Теллера электронное вырождение «заменяется» вибронным. Последнее физически означает туннелирование системы между различными энергетическими минимумами, отвечающим возможным деформациям окружения ян-теллеровского иона. Статическому эффекту Яна-Теллера отвечает случай, когда частота туннелирования много меньше характерных частот задачи. Это условие практически всегда выполняется в случае кооперативного эффекта Яна-Теллера, когда частота туннелирования стремится к нулю.

Поэтому можно связать наблюдаемые мягкие моды с туннельными переходами между различными вибронными состояниями.

Целью исследований поглощения СВЧ-излучения в соединении Ву0.3У2Л¥&5Оп было убедиться в наличии связи между аномальным поглощением и магнитным аналогом статического эффекта Яна-Теллра. Исследование поглощения СВЧ излучения проводились в диапазоне частот от 29 до ИЗ гГц при ориентации внешнего поля вдоль направлений [100] и [111] при температуре Т = 4.2К.

5.2 Поглощение СВЧ-излучения: эксперимент при ориентации внешего поля вдоль направления [100]

Типичная временная зависимость интегрированного сигнала полевой катушки, пропорционального магнитному полю и сигнала с детектора СВЧ излучения и показана на рис.5.4. Характерный вид спектра поглощения кристалла Ву0.зУ27Ре5О12 показан на рис.5.5. Видно, что во всем диапазоне использованных внешних полей

Время, сек

Рис. 5.4. Временные зависимости сигнала, пропорционального внешнему полю (пунктир), и сигнала с детектора СВЧ-излучения (сплошная кривая) на частоте 80.2 гГц. Внешнее поле ориентировано вдоль направления [100]. S Ж o 3 o

I5¡

Dy0.3Y2.7Fe5O12 H//[100] V =81 ГГц

10 20 30 40

Ион> Тл О

10 15 20 25 30 и0н, Тл

Рис. 5.5. Зависимость сигнала детектора СВЧ-излучения от внешнего поля на частоте 81 ГГц.

D У о.з Y 2.7 F е 5 0 i

1 5 2 0 2 5 jU оН ' Т л Рис. 5.6. Эволюция линий поглощения

3 О монокристалла

Оуо.з¥2.7ре5012 при Т= 4.2 К и Я//[ 100] при изменении частоты зондирования: а) - 81 ГГц; Ь) - 66.9 ГГц; с) - 51.62 ГГц; (1) - 41.16

ГГц

Магнитное поле, Т

Рис 5.7. Картина магнитного резонанса Вуо.зУ2.7ре5012 при Т-4.2 К и #//[100]: залитые квадраты - размерные резонансы; не залитые треугольники вершиной вниз - мягкие моды в области перемагничивания редкоземельной подсистемы; не залитые треугольники вершиной вверх - резонанс в точке магнитного перехода Н= 10 Тл; залитые треугольники - мягкие моды магнитного резонанса, не связанные с перемагничиванием редкоземельной подсистемы; не залитые кружки - линия ферромагнитного резонанса. ууд имеется несколько ветвей магнитного резонанса. Эволюция линий магнитного резонанса монокристалла Буо.зУглРезОи при изменении частоты зондирования показана на рисунке 5.6. Зависимости частот магнитного резонанса от внешнего поля, построенные на основе анализа спектров поглощения на разных частотах, показаны на рис. 5.7. Этот анализ показал наличие нескольких различных линий поглощения. Эти линии отличаются друг от друга как по зависимости поля резонанса от частоты, так и по интенсивности и ширине линии. На рис. 5.7 они отмечены различными значками.

Рассмотрим по отдельности различные типы линий поглощения, наблюдаемые в наших экспериментах.

Размерные резонансы В малых полях (до 5 тесла) наблюдается несколько линий с линейной зависимостью частоты от внешнего поля v(H) (не залитые квадраты и кружки на рис. 5.7). Для одной из линий экстраполяция зависимости v(H) к Н = 0 дает значение частоты 7 = 0. Именно ее логично интерпретировать как ФМР, поскольку для нее значение у=2лу/Н близко к величине, наблюдавшейся как в чистом железо-иттриевом гранате, так и смешанных ферритах-гранатах при той же температуре. Другие ветви резонанса с линейной зависимостью частоты от поля (не залитые квадраты на рис. 5.7) представляют собой размерные резонансы. Последние возникают из-за того, что размеры образца сравнимы с длиной волны СВЧ излучения.

Использование образцов меньшего размера приводило к существенному уменьшению интенсивности наблюдаемых линий поглощения, что делало невозможным исследование мягких мод магнитного резонанса, которое представляло собой основную цель наших экспериментов.

Мягкие моды резонанса в ДИФГ Эволюция линий поглощения в области перемагничивания диспрозиевой магнитной подсистемы Н\ < Н < Н2 при изменении частоты СВЧ-излучения показана на рис. 5.6. Необычное свойство магнитного резонанса - поглощение в фиксированном поле на всех частотах (мягкая мода) - типично для всех линий СВЧ-поглощения в данном диапазоне магнитных полей, но особенно четко и ясно оно видно на самой интенсивной линии, в поле Н ~ Н0бМ = 20 Тл (она указана стрелкой на рис. 5.6). На рисунке 5.7 эти линии показаны не закрашенными треугольниками, обращенными вершинами вверх. Сравнение с рисунком 5.3 показывает, что максимумы поглащения наблюдаются в тех полях, где имеют место переходы, представляющие собой магнитный аналог статического эффекта Яна-Теллера. Следует особо отметить, что резкие аномалии намагниченности наблюдаются, согласно и расчетам и экспериментам, лишь полях hj и h4. Тем не менее, мягкие моды магнитного резонанса наблюдаются, как и следовало ожидать, при всех четырех указанных значениях магнитного поля.

Отдельно следует отметить наличие мягких мод магнитного резонанса в полях, в которых не наблюдается никаких статических переходов, то есть вне области перемагничивания диспрозиевой магнитной подсистемой. Эти две линии наблюдаются в полях б ± 0.5 Тл и 28 ± 0.5 Тл. На рис. 5.7 они показаны залитыми квадратами и треугольниками. Эти две линии обладают примерно той же шириной и интенсивностью, что и мягкие моды, связанные с аномалиями намагниченности.

5.3 Поглощение СВЧ-излучения: эксперимент при ориентации внешего поля вдоль направления [111]

При ориентации внешнего поля вдоль направления [111] в области перемагничивания диспрозиевой подсистемы (10 - ЗОТл) наблюдаются несколько линий поглощения при фиксированных значениях поля. Причем интенсивность этих линий существенно выше интенсивности магнитного резонанса в случае ориентации магнитного поля вдоль направления [100]. Эволюция спектра поглощения при нарастании частоты излучения в этом диапазоне полей показана на рисунке 5.8. Две самые интенсивные лини поглощения наблюдаются в полдях фазофых переходов, что 1 щ 1

J -,-,-1-,-1->-1-■-1->-1-1

10 15 20 25 30 35 i0Н, Тл

Рис. 5.8. Эволюция линий магнитного резонанса монокристалла Dyo.3Y2.7Fe5Oi2 при Т-4.2 К и #//[111] при изменении частоты зондирования: а) - 106,8 ГГц; Ь) - 67.8 ГГц; с) - 37,5 ГГц. ц0Н, Т

Рис. 5.9. Полевые зависимости восприимчивости (пунктир) и сигнала с детектора излучения на частоте Г =37.5 ГГц (сплошная кривая), приведенные в относительных единицах.

-2 0 2 4 6 8 1012 ц0Н, Тл

Рис. 5.10. Спектры поглощения СВЧ излучения, полученные при одной частоте 37.5 ГГц, но разных амплитудах импульсного поля. Внешнее магнитное поле ориентированно вдоль направления [111].

12D 11D

Ч 10Т) b 9Q о 8Q 7Q 6Q 5Q 4Q 30 ' t

-f Л

10

15

20

25

30 ц0Н,Тл

Рис. 5.11. Картина магнитного резонанса Вуо.з¥2.7ре5012 при Т = 4.2 К и #//[111]: залитые квадраты - мягкие моды в области перемагничивания РЗ подсистемы; не залитые треугольники -мягкая мода магнитного резонанса, не связанная с перемагничиванием РЗ подсистемы. наглядно продемонстрировано на рисунке 5.9, на котором показаны полевые зависимости отраженного от образца сигнала и дифференциальной магнитной восприимчивости. Следует отметить, что в магнитных полях около 5 Тл наблюдается достаточно интенсивная линия поглощения, обладающая ярко выраженным гистерезисом (рисунок 5.10). Более того, ее положение и интенсивность, как оказалось, зависят не от частоты, а от амплитуды поля в импульсе. Поскольку длительность импульса поля во всех экспериментах одинакова, можно сделать вывод, что положение и интенсивность линии поглощения, о которой идет речь, зависят от скорости нарастания (убывания) внешнего магнитного поля.

Такое поведение одной из линий поглощения несколько затруднило анализ спектров поглощения в области полей до 6 Тл. Зависимости частот магнитного резонанса, наблюдающихся в полях выше 8 Тл от внешнего поля, построенные на основе анализа спектров поглощения на разных частотах, показаны на рис. 5.11. В этом диапазоне наблюдаются четыре линии поглощения при фиксированных значениях поля. Линия поглощения в поле 27.5±0.5 Тл наблюдается на всех частотах выше 60 гГц. Две линии - в полях 16±0.5 Тл и 23±0.5 Тл наблюдаются в полях статических фазовых переходов (см. рис. 3.1).

Прежде всего отметим, что, как в случае ориентации внешнего поля вдоль [111], поглощение не может быть связано с переходами между состояниями расщепленного основного дублета. Минимальная необходимая для этого частота составляет около 170 ГГц. Об этом свидетельствуют расчеты, результаты которых представлены на рисунке 5.12

Расчетные зависимости проекций намагниченности железной подрешетки от внешнего поля направленного вдоль направления [111] представлены на рисунке 5.13. Видно, что вплоть до поля hi = 12Тл намагниченность железной подрешеткй лежит в плоскости <110> (Mz = Мх), так что вся система симметрична относительно отражений в этой плоскости. В указанном поле наблюдается отклонение вектора MFe из этой плоскости. В полях превышающих h2 = 22Тл вектор MFe снова расположен в плоскости <110>. Таким образом, в полях hi h2 имеют место переходы, представляющие собой магнитный аналог статического эффекта Яна-Теллера. В этих же полях наблюдаются мягкие моды магнитного резонанса (рис 5.10). Резкий максимум на зависимости восприимчивости от внешнего поля согласно как экспериментам, так и нашим расчетам, наблюдается лишь в в поле h2. Другой фазовый переход, сопровождающийся резким изменением намагниченности имеет место в поле h3. Однако повышения или понижения симметрии

2000

1800

1600

1400

Я" 1200

U и 1000

-С щ 800

600

400

200 о

1-15 10 15 20 25 30 35

Рис. 5.12. Расщепление основного дублета ионов DyJr в Dyo/3Y2/7Fe5012 в шести неэквивалентных позициях. Расчет выполнен для ориентации внешнего поля вдоль направления [111].

1-1-г

-1 40 з+ 3

Рис. 5.13. Расчетная зависимость проекций вектора намагниченности железной подрешетки от внешнего поля, ориентированного вдоль направления [111]. системы в этом поле не наблюдается. Тем не менее в этом поле так же наблюдается мягкая мода магнитного резонанса. Одним из механизмов поглощения СВЧ излучения в этом случае может быть т.н. медленная релаксация [51]

5.4 Линии поглощения, не связанные с фазовыми переходами. Как уже говорилось, не все мягкие моды магнитного резонанса, наблюдавшиеся в наших экспериментах, связаны со статическими магнитными переходами. При ориентации внешнего поля вдоль направления [100], мягкие моды магнитного резонанса наблюдаются в полях 4±0.5 Тл и 28±0.5 Тл. На рисунке 5.В эти линии показаны залитыми треугольниками и квадратами. При ориентации внешнего поля вдоль направления [111], мягкие моды магнитного резонанса наблюдаются в полях 5±0.5 Тл и 27.5±0.5 Тл. На рисунке 5.11 линия в поле 27.5±0.5 Тл показана незалитыми треугольниками. Появление частотно-независимого поглощения в этих полях нельзя связать с вибронным вырождением, возникающим в статическом эффекте Яна-Теллера. Тот факт, что эти линии расположены практически симметрично относительно обменного поля, указывает на то, что поглощение в этих полях связано с процессами, проходящими в редкоземельной подсистеме кристалла.

Полученный нами экспериментальный материал сам по себе не является достаточным, чтобы однозначно указать механизм, обуславливающий наличие мягких мод магнитного резонанса, не связанных со статическими фазовыми переходами. Однако полученные нами результаты указывают на существенную аналогию между свойствами как статическими, так и динамическими, диспрозий-иттриевых и гольмий-итриевых ферритов-гранатов.

И в том и другом соединении наблюдаются фазовые переходы, сопровождающиеся резкими изменениями намагниченности. Причем эти переходы имеют ян-теллеровский характер и обусловлены сильной анизотропией магнитных свойств основного состояния РЗ иона. Более того, в обоих соединениях наблюдаются мягкие моды магнитного резонанса, связанные с магнитным аналогом статического эффекта Яна-Теллера. Так же общим является появление двух мягких мод магнитного резонанса вне области перемагничивания РЗ подсистемы, в полях как больше, так и меньше обменного. Все вышесказанное позволяет заключить, что механизмы, обуславливающие появление мягких мод магнитного резонанса в этих двух соединениях должны быть аналогичны.

Исходя из анализа полученных динамических фазовых диаграмм гольмий-иттриевых ферритов-гранатов, в работе [15] был сделан вывод о том, что мягкие моды магнитного резонанса, наблюдаемые вдали от статических переходов в этом соединении можно интерпретировать как проявление магнитного аналога динамического эффекта Яна-Теллера. О последнем имеет смысл говорить, когда частота туннелирования между энергетическими минимумами сравнима с характерными частотами задачи (в нашем случае - с частотой СВЧ).

Мягкая мода резонанса в этом случае есть результат такого туннелирования. При этом статические свойства не будут проявлять каких-то аномалий, поскольку все изменения в магнитной системе усредняются, и результирующее изменение намагниченности будет равно нулю. Указанная аналогия свойств гольмий-иттриевых и диспрозий-иттриевых ферритов гранатов позволяет предположить, что наблюдаемые нами мягкие моды магнитного резонанса вдали от фазовых переходов имеют ту же природу, что и наблюдавшиеся в [15]. Однако окончательное заключение о магнитного налога динамического эффекта Яна-Теллера в диспрозий-иттриевых ферритах-гранатах можно будет сделать лишь при исследовании динамических магнитных фазовых диаграмм Буо.зУг^РезО^ на плоскости «поле - температура» и сравнения полученных результатов с данными статических магнитных исследований.

Изложенные в данной главе результаты являются экспериментальным подтверждением того, что частотно-независимое поглощение СВЧ-излучения в точках фазовых переходов является следствием магнитного аналога статического эффекта Яна-Теллера. Полученный материал может быть использован при построении последовательной теории, детально описывающей механизм поглощения СВЧ излучения магнитной системой кристалла в магнитных полях, где имеют место "ян-теллеровские" искажения его магнитной структуры.

В заключение приведем основные результаты и выводы работы:

1. Получены полевые зависимости намагниченности и дифференциальной восприимчивости монокристаллов DyxY3.xFe50i2 трех различных составов х = 0.3, х = 0.6 и х = 0.9 в диапазоне полей от 0 до 60 Тл при температурах 4.2, 20 и 40 К; определено эффективное поле обменного взаимодействия между железной и диспрозиевой магнитными подсистемами НеХ = 20.5±0.5 Тл.

2. Показано, что основным состоянием иона Dy3+ в структуре граната является дублет с сильно анизотропным g-фактором. Определены компоненты g-фактора иона Dy3+ в монокристалле Dyo.3Y2.7Fe5Oi2. Исследована трансформация магнитной структуры монокристалла Dyo.3Y2.7Fe5Oi2 в диапазоне полей от 0 до 60 Тл при температуре 4.2 К.

3. получены спектры поглощения СВЧ излучения в монокристалле Dyo.3Y2.7Fe50i2 в диапазоне частот от 29 до 113 гГц при температуре 4.2К в магнитном поле до 40 Тл, ориентированном вдоль направлений [100] и [111].

4. Обнаружены мягкие моды магнитного резонанса как в точках фазовых переходов так и вдали от них. Показано, что часть наблюдаемых мягких мод магнитного резонанса связана с магнитным аналогом статического эффекта Яна-Теллера

5. Показано, что проявления магнитного аналога статического и динамического эффектов Яна-Теллера в виде мягких мод магнитного резонанса присуще определенному классу соединений - сильно анизотропных редкоземельных ферритов-гранатов.

Считаю своим приятным долгом выразить благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук Лагутину A.C. за предложенную тему работы, внимательное отношение и помощь при выполнении работы.

Искренне благодарен сотрудникам Проблемной лаборатории магнетизма физического факультета МГУ за предоставленные образцы, внимание и интерес к работе.

Отдельную благодарность хочу выразить В.И, Ожогину за интерес, проявленный к данной работе, а также всем сотрудникам лаборатории физических свойств материалов за полезные дискуссии и помощь в работе.

1. Yoder H.S., Keith M. L. Complete Substitution of Aluminum for Silicon in the System ЗМпО A1203 3Si02 // Amer. Miner., 1951, vol.36, p. 519-533

2. Bertaut F., Forret F. Structure des ferrites ferrimagnetique des terres rares // Compt. Rend., 1956, Vol.242, p. 382-384

3. Geller S., Gilleo M.A. The crystal structure and ferromagnetism of yttrium iron garnet // Acta Cryst., 1957, Vol. 10, N1, p. 239-245

4. Geller S., Gilleo M.A. The crystal structure and ferrimagnetism of Y3Fe2(Fe04)3 // J. Phys. Chem. Sol., Vol.3 N1/2, p.30-36

5. Смит Я., Вейн X., Физические свойства ферритов, М., ИЛ, 1962

6. Белов К.П., Белянчикова М.А., Левитин Р.З., Никитин С.А. Редкоземельные ферро- и антиферромагнетики, М., Наука, 1972, 319с

7. Белов К.П. Ферриты в сильных магнитных полях, М., Наука, 1972,200 с.

8. А.К. Звездин, В.М. Матвеев, А.А. Мухин, А.И. Попов. Редкоземельные ионы в магнитоупорядоченных кристаллах. М.: Наука, 1985.

9. С.В. Вонсовский. Магнетизм. М.: Наука, 1971.

10. Ю.Крупичка С. Физика ферритов, М., Мир, 1976, 856 с1 l.Wyborne B.G. Spectroscopic properties of the rare earths, N.Y., 1965, p236

11. Белов К.П.б Левитин P.3., Шляхтинка Л.П. //Обменное взаимодействие между редкоземельными и железными ионами в замещенных ферритах-гранатах //ФТТ, 1970, т. 12, N2, с. 18831896

12. А. Дорофеев, А. И. Попов. Особенности магнитных свойств Sm3Fe50i2 и электронная структура ионов самария // ФТТ 31 (1989) 116 стр 124-126

13. N. P. Kalmakova, S. V. Kopstik, G.S. Krinchik, A. Ya. Sarantsev. Magnetic dichroism and anisitropic exchange interaction in ytterbium iron garnet // JMMM 131 (1994) 1-2, pp 253-264

14. Лагутин A.C. Статика и линейная динамика магнитной системы сильноанизотропных ферримагнетиков //Дис. докт. физ.- мат. наук, М., РНЦ «Курчатовский Институт», 1993

15. F. Tcheou, E.F. Bertaut and Н. Fuess. Neutron diffraction study of some rare earth iron garnets RIG (R = Dy, Er, Yb, Tm) at low temperatures. // Solid State Communications, Vol 8 (1970), N21, pp 1751 1758

16. F. Tcheou, E.F. Bertaut and H. Fuess. Neutron scattering length of terbium structure refinement and magnetic moments of terbium irongarnets. // Solid State Communications, Vol 18 (1976), N5, pp 557 -562

17. Guillot M, et al. Temperature evolution of umbrella structure in holmium iron garnets. // Z. Phys, B56 (1984) N1, p 29

18. Vien I. K., Dorman J.L. Magnetic structure change in TbIG // J. Appl. Phys, 49 (1978), N3, part 2, p 1525

19. Баазов Н.Г.б Бирюкова E.A., Левитин Р.З., Маркосян А.С., Шило С.И. Исследование спин-переориентационных переходов в РЗФГ с помощью поляризованных нейтронов. // ФТТ 19 (1977), вып 66 стр 1834.

20. S. Geller, G. Balestrino. Magnetic phase transitions in samarium iron garnet. // Phys. Rev. B, 21 (1980), N9, p 4055.

21. M. Guillot, A. Marchand, F. Tcheou, P. Feldman, H. Le Gall. Magnetic properties of erbium iron garnet in high magnetic fields up to 150 Юе.

22. Белов К.П., Звездин A.K., Кадомцева A.M., Левитин Р.З. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках / М., Наука, 1979

23. Звездин А.К., Мухин А.А., Попов А.И. Пересечение уровней и неустойчивость магнитной структуры в РЗФГ //ЖЭТФ, 1977, т.72, с. 1097-1110

24. Лагутин А.С., Дмитриев А.В. Индуцированный магнитным полем переход из слабо- в сильно анизотропное состояние в тербий-иттриевых ферритах-гранатах //ФТТ, 1988, т.ЗО, в. 10, с.2959-2966

25. Mukitsh Acharyya, Bikask Chakrabarti, АС susceptibility and hystérésis in Ising magnets // JMMM 136 (1994) pp 129-132

26. A. Ф. Попков, A. И. Попов. Мезоскопические колебания намагниченности вблизи изинговских примесных центров в сильных магнитных полях // Письма в ЖЭТФ 65 (1997)6 66 стр 445-448

27. A.S. Lagutin, V.L. Safonov. Magnetic phase transitions and microwave absorption in rare-earth-iron garnet. //JMMM 171 (1997) pp 336-340

28. Wolf W.P., Schneider В., Landau D.P. and B.E. Keen, Phys. Rev B5 (1972) 4472-4496

29. Landau D.P., Phys. Rev. B19 (1979) 4805-4823

30. Schneider В., Landau D.P., Keen B.E. And W.P. Wolf., Phys. Lett. 23 (1966)210-212

31. Pearson R.F., J.Appl. Phys. 33 (Suppl) (1962) 1236-1242

32. Clark A., Callen E. J., Appl. Phys. 39 (1968) 5972-5982

33. Aubert G., Michelutti B, J. Mag. Magn. Mat. 31-34 (1983) 811-812

34. Borodin V.A., Doroshev V.D., Tarasenko T.N., Fiz.Met.Met. 56 (1983)220-225

35. Бабушкин Г.А., Бородин B.A., Дорошев В.Д., Левитин Р.З., Орлов В.Н., Попов А.И., Тарасенко Т.Н., Спиновая переориентация в диспрозий-иттриевых ферритах-гранатах DyxY3.xAl50i2, ЖЭТФ, 1984, т.87, с.989-998

36. V. Nekvasil and J.Veltrusky, Effective Hamiltonian and ground state of rare-earth ions in iron garnets. JMMM 1990,86 № 2-3, p. 315-325

37. Лагутин A.C., Ожогин В.И. Соленоид повышенной надежности для длинных импульсов поля 50 Тл // Приборы и техника эксперимента, 1981, N3, с. 195-198

38. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г.Дахаров Ю.В. Справочник по силовым полупроводниковым приборам. М.: Энергия, 1975

39. F. Herlach, С.С. Agosta, R. Bogaerts, W. Boon, I. Deckers, A. Keyser, N. Harrison, A. Lagutin, L. Li, L. Trapprniers, J. Vanachen,

40. Van Bokstal, A.Van Esch Experimental technique for pulsed magnetic fields //Physica В 216 (1996) p. 161 -165

41. Силантьев В.И., Попов А.И., Левитин P.3., Звездин А.К. Ферримагнетики с изинговскими ионами. Магнитные свойства гольмий-иттриевых гранатов в сильных полях при низких температурах // ЖЭТФ, Т. 78, С. 640-655

42. A.S. Lagutin, G.E. Fedorov, A.V. Kopylov, J. Vanacken, F. Herlach A new quasi Ising magnet // JETP Letters (1998) v.67, N8, p.584-588

43. A.S. Lagutin, G.E. Fedorov, A.V. Kopylov, J. Vanacken and F.Herlach. Mixed dysprosium-yttrium iron gariiet, a new Ising magnet // Physica В (1998) v.246-247, p.520-523

44. A.S. Lagutin, G.E. Fedorov, J. Vanacken and F.Herlach / Magnetic properties of dysprosium-ittrium ferrite-garnets in pulsed magnetic fields at low temperatures //JMMM 195 (1999) 97- 106

45. Лагутин A.C. Динамические магнитные фазовые диаграммы магнетика с большой анизотропией //ЖЭТФ, 1992, т. 102, в. 1(7), с.262-269

46. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов //М.,Мир, 1973, т. 1

47. Кристофель Н.И. О влиянии мягкой моды на локальный эффект Яна-Теллера //Оптика и спектроскопия, 1980, т.47, N3, с.609-611