Магнитные и диэлектрические свойства ортоферритов гадолиния, тулия и гольмия в субмиллиметровом диапазоне длин волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКДЕМИЯ КАУК СССР ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи

ПРОНИН

Александр Юрьевич

УДК

МАГНИТНЫЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРТОФЕРРИТОВ ГАДОЛИНИЯ, ТУЛИЯ И ГОЛЬМИЯ В СУБМИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН.

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Институте общей физики Академии Наук СССР

Научные руководители:

кандидат физико - математических наук А-А.Мухпи,

кандидат физико - математических паук А.С.Прохоров

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук, профессор Е.Г.Рудашевский, доктор физико - матсматическж наук, вед.иаучхотр. Н.М.Крейнес

Ведущая организация: Московский Государственный Университет

Защита состоится

/Г

1992 г. в ' часов па заседали

Специализированного совета К.003.49.01 при Институте общей физики Академии Наук СССР по адресу: 117942, г.Москва, ул.Вавилова, 38.

С диссертацией можно ознакомиться п библиотек.: Инсппута общей физики АН СССР. Автореферат разослан ^УЦ) » ^Л' 1591 г.

Ученый секретарь Специализированного совета К.003.49.01 д,ф.- м.н., профессор Н.А.Ирисова

^ ОЙ1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■ -&й'гуй|тьность темы. Исследование высокочастотных свойств магнитных ат^ийлоя nj-гдставлягт значительный научный и практический интерес. Он бусловТгеп возможностью получения с помощью такого рода исследований бо-1той ш формации об основных взаимодействиях п мапштоупорядоченннх кри-галлах, их магнитной структуре, фазовых переходах, элементарных эзбуждениях.

Значительное внимание исследователей привлекают в последние десятиле-1я соедт чения, содержащие ионы с незаполненными 4f- и 3d- электронными золочками. К ним, например, относятся редкоземельные ферриты-гранаты, этоферриты, ортохромиты, интерметаллические f-d соединения. Наиболее ин-;ресными представителями такого рода соединений являются редкоземельные зтоферриты, обладают большим разнообразием магнитных свойств. Это де-1ет их весьма удобными модельными объектами для изучения различных маг-1тных взаимодействии и спшьпереориентационных фазовых переходов, как юнтанных, так и индуцированных внешним магнитным полем [1].

При исследован: ч высокочастотных свойств ортоферритов, проводимых ;тодами антиферромапштного резонанса (АФМР), комбинационного рассея-ш света, неупругого рассеяния нейтронов, основное внимание уделялось по^ дению мод АФМР Рс-подсистемы, которое оказалось весьма разнообразным сильно зависящим от типа редкоземельного иона (РЗИ). Например, для раз-jx редкоземельных ортоферритов (РОФ), поведение частот АФМР, как пра-ло, имеет качественно различный характер даже при ориентационном 13овом переходе одного и того же типа. Результаты этих исследований свиде-гсьствуют о важной роли динамики редкоземельной подсистемы в формнрова-и зысокочастотных свойств ортоферритов и сильном се влиянии ira паническое поведение подсистемы ионов железа. Однако, целенаправленно it вопросы не изучались. Практически мало исследованными остаются также и электрические высокочастотные свойства ортоферритов и влияние на них R-деистемы.

Целы&дашиш^дбош является эксперимента,- ьное исследование механиз-в магнитной и диэлектрической проницаемости ортоферритов в субмилли-тровом диапазоне волн и влияние на них типа РЗИ, особенно в области

спиновой переориентации. В качестве объектов исследования были выбраны ср-тоферриты GdFeOj, TmFeOj и HoFeOj, которые характеризуются различными соотношениями частот АФМР в Fc-подсист.ме (vF„) и характерных частот возбуждений в R-подсистеме (vR), обусловленых электронными переходами между энергетическими уровнями РЗИ.

Научная новизна работы. Впервые на субмиллиметроаых (70 - 900GHz) волнах выполнено исследование высокочастотной магнитной н диэлектрической проницаемости слабых ферромагнетиков - редкоземельных ортоферритов тулия, гольмия и гадолиния в интервале температур 4.2 - 300 К.

В GliFeOj обнаружены квазиферромагнитная и квазиантиферромагнитная моды АФМР. При Т<40К обиаужено возр;..ramie их часот, которое объясняется взаимодействием Fe-подснстемы с «замороженной» на данных частотах Gd-

о

' подсистемой.

В ортоферрите тулия обнаружены электронные возбуждения в парамагнитной редкоземельной подсистеме и проведен анализ природы этих возбуждений. Показано, что они обусловлены хак магиитодипольными, так и

1 f

ялехтродипольными переходами внутри осно.шого мультипл^та иона Тт' . Обнаружен необычный рост диэлектрической проницаемости ег в ТтРеОз при

Т<!00К. Показано, что он обусловлен ростом вкладов электродипольных пере-

гГ 3+

ходов п Гт .

Обнаружено, что спиновая переориентация в НоРеОз происходит путем трех фазовых переходов (Г4-Г24- Г12-Г2) со сменой плоскости вращения магнитных моментов подрешетох, п не двух (Г4- Г^-^.-как считалось ранее. Обнаружен качественно различный характер поведения квазиферромагнитной моды АФМР выше и пике области переориентации в НоРеОд, что обусловлен-liv, сильным взаимодействием ее с редкоземельными модами.

• 11рактлчсскляли'ш10£ть.-.Получсннис' п работе резул'таты по высокочастотным мапшгмым и диэлектрическим свойствам оргоферритоп могут Сыть использованы для дальнейшего развития теоретических представлений о динамике ориспгаципниых фапоных переходов, а также для создания на базе оргпфорнти устройств миллиметрового и субмиллимстрового диапазона и получения новых мп кчлшдог! с аад'ншыии выопкочпгтотними с .оистпнмп.

Апробппчч работы. Материалы, включенные п диссертацию, докладывались на XVII (1985), XVIII (1988) и XIX (1991) Всесоюзных конференциях по физике магшп.шх явлений, Международной конференции по физике магнитных материалов (1988), III семинаре по функциональной магнитоэлектронике (1988), Л Всесоюзномых семинаре «Магнитные фазовые переходы и критические явления» (1989), 24-ом Всесоюзном совещании по физике низких температур (1986), на семинарах в Проблемной лаборатории магнетизма МГУ, ИФП АН СССР, ИОФ АН СССР.

Стру ктура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и четырех глав, а также списка основных цитируемых литературных источников. Работа содержит 133 страниц машинописного текста, включая 35 рисунка, 1 таблицы и 76 наименований цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ Pf.БОТЫ.

Во введении показана актуальность темы исследования, сформулирована цель и основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой г.таге тисаны магнитные статические и резонансные свойства ортоферритов, их кристаллическая и магнитная структура. Обсуждены магнитные взаимодействия и фазовые ориентационные переходы, а также резонансные свойства железной и редкоземельной подсистем п ортоферритах. Подробно рассмотрено поведение мод АФМР Fe-подсистемы и редкоземельных мод при спи-нопой переориентации. Приведен обзор- литературных данных по экспериментальному изучению статических и резонансных' свойств РОФ, исследованиям АФМР в магнитном поле. В конце главы дано описание экспериментальной установки, методики проведения измерений и обработки экспериментальных данных.

В данной работе использовалась методика субмиллиметровой диэлектрической ЛОВ -спектроскопии разработанная в ИОФ АН СССР, небольшая модификация которой позволила эффективно исследовать магнитоупорядочепные материалы и получать спектры их магнитной проницаемости. Характерной особенностью этой методики является то, что она сочетает основные достопнсгпа техпцкн СВЧ и ИК спектроскопии: высокое «качество» рабочего излучения — его достаточно большая интенсивность (»10 мВт), высокая монохроматичность

(дл'/v ~ IQ'S) и степень поляризации (99,09%) - позволяют проводить измерения с высоким разрешением по частоте (~1(Г3 см "') и большим отношением сигнал-шум (Ю5). Именно эти достоинства методики оказались крайне важными при изучении высокочастотных свойств ортоферритов, обладающих как узкими (АФМР), так и широкими (R-моды) линиями поглощения, интенсивность которых сильно меняется по величине.

В измерениях использовались, образцы выращенные в МЭИ A.M. Балба-пюbum с сотрудниками [2]. Образцы были выращены методом зонной бести-гельиой плавки с радиационным нагревом. Монокристалличность образцов и ориентация кристаллографических осей контролировалась с помощью рентге-ноструктурного анализа. Для проведения измерений вырезались образцы в различных кристаллографических ориентациях. Они представляли собой

о

плоскопараллельные пластинки с поперечными размеами 5-10мм и толщиной 0.2—2 мм, в зависимости от целей конкретных измерений.

Во второй главе представлены оригинальные результаты исследования высокочастотных свойств ортоферрита гадолиния. Особенностью этого ортофер-

1+

рига является то, что ^расщепление основного состояния кэна Gd мало и

юо 6D0 v, ГГц ш

Рис. 1

■ . Пример спег.троз пропускания ортоферрита гадолиния: точки - эксперимент, сплошное лине.н - расчет,

вставляет —0,1 см"', т.е. он представляет собой пример системы, в которой ре-¡опансные частотны !

40д АФМР много юльше частот редко-1емельных мод.

Измерения спек-ров пропускания бы-ш проведены в (иапазон. частот от 00 до 700 ГГц при емпературах от 4,2 до !00К. На рис.1 пред-тавлены результаты 1змерения и расчетов пектров пропускания: МГеОз. Для расчета ^пользовались изве-тпые формулы пропу-кання

шоскопараллельного лоя, характеризуемо-о комплексным! диэ-ектрическои (е) и гагнитной (м) прони-аемостямн, а также олщиной с) [3,5]. (исперсия магнитной роницаемости /<(»■) писывалась в форме одобной гармоническому осцилятору (см. вставку на рис.1). В результате из словий наилучшего согласия экспериментальной и-теоретической кривой оп-еделялись как диэлехтрическке параметры (е',с* или эквивалентные им п и ), так и параметры магнитной линии поглощения (резонансная частота г0, ши-

Рис. 2

Температурные зависимости резонансных частот и ширин линий мод АФМР в ортоферрите гадолиния: точки и сплошные линии — эксперимент, пунктирные линии — расчет.

рака линии Дк и вклад мод и п статическою магнитную прошщасмосгь Л.ч). В случае GdFe03 диэлектрические параметры п, ь п- при коми иной температуре раины соответственно 4.S3 н Ог температуры зги параметры гшктнчески ке зависят,

В GtiFeOj обнаружены кгазифсрромзмшгизз.н шшиа.шкрерромапш шая моды ЛФМР и исследованы те.чперагурпие зависимости их частот, ширин линий ¡; вкладов о статическую магнитную проницаемость.

L! Gt!!•'•.'(>j по сссм диг лазоне температур реализуется фаза Г.(, а анизотропное R-Fc ¡иаимодейстзне приводит :: заметному уменьшению константы анизотропии Кас п плоскости ас, т.е. имеется тенденция к фазовому переходу и фазу Pj.

15 этом случае, согласно члассическп-.; представлениям, частота моды М] v!~}'t2JivH-e) где >• - гирона парное оiношение, -оиисшюе поле н П.1С-К,с/М0 - зффекгипдао поло а::;?зстрош:п, должна смягчаться. Однако, полученное па ми результаты, оказались прямо про гивоположпыми.

Температурные зависимости резонансных частот г. ширин линий обнару-„.анг'.мх mo/j пределы лени па рис. ?.. Вклад» л статическую проницаемость мало .MciiCHT от iet.:nrfiarj 1 ы и составляю г/1г - /•',. ~ 0.C90S. Наиболее интересным к пго.андлшшм оказалось поведение резллагеиых частот мод ЛФМР. Характерно'': особенностью их температурных заг/.с.чмостсн является возрастание резонансны* частот V\ и v2 при Т<40К.

Такое поведение резонансных частот мод ЛФМР Fe-подспстсмы может бшь обмене но только с учети! i ее г.-анмодеРстЕня с Ii-нсдсистсмой. При нали-инемьеталцен R-mo;iv сшмюс игакмодейсише сс с модой ЛФМР немеет 1:р;|сод;:гь к отсутствию c.;.u:;nciih j поди ЛФМР и смягчению П-моди.

Дяв списания наблюдаемых динамических свойств GilFeOj били проанализированы связанные колебашы u Fc- н ¿¡(¡-подсистемах в приближении эффективного (молекулярного) ноля. Это позволило определите ixe резонансные частоты п полную дннлмнчсскую Ееафпнмчняостг. системы.

Дчя ош:саипл нгЗлю.-усгих динамических ссойетв OdFtO-j на частотах ЛФМР Ге-подстеми, т.егд! <»t,-9bFi-!5>*'a'R« сшуаяиа сущсствешю упрощается, благодаря тому, что дштг.ш»;-х:;п;1 коснрмпмчнвссть Ой-подспстемы будет намного меньше скосто стглкческого пичгппя. Это п.)3вслагт в уравнениях

б

движения для Ос!-подсистемм пренебречь всеми осцнлируюшими переменными (АР^.АС^) и оставихь только их статические значения. При таком рассмотрении Ре-подсистема находится фактически только в статическом эффективном поле, действующим со стороны К-подсистемы. Это поле определяется степепыэ намашичивания ^-подсистемы и возрастает с понижением температуры.

Частоты ЛФМР п этом случае определяются следующими выражениями: квазнферромапштная мода: ~ (ы^ )2 + И^Х^у (^эфф^ ^^о

квазиантиферромашптиая мода: (ги^")7' + ^ (Н''"'о

где (иГ?е1 2 — резонансные частоты Ре-подсистемы п отсутствии С(1-Г-'е взаимодействия, Пс..ф,], — эффективное поле на гонах Ос1^+п фазе Г^, — стати-

N

чсская магнитна" восприимчивого (>!1-г!0,,"1,стеигт. Эт:: Еырзжсшп качественно хорошо описывают наблю.п.лемут прч Т<1С0!С температурную зависимость частот мод ЛФМГ п С()Ге(пупкгггиьге .»шпи: на рис. 1).

Однако, для колнчсстпеннсго описания эксперимента требуются полк 11°^!; порядка -!-5г.Э. Статические измерения показывают, что Н'^ составляет величину 0,31 г.З. Возможной причиной появления такого расхождения может быть появление дополнительных эффективных полей на части ионов вс!-'*, обусловленных раскомпенсацией магнитных мом.ентов ноноя ;-:елеза из-за наличия дефектов или примесей. Расчет частот АФМР в приближении застывшей С<1 -подрешетки достаточно хорошо 'описывают наблюдаемую зависимость У[д(Т) при концентрации мзпппных вакансий исего 0,4%. Вашю, что рассмотренный механизм магнитных вакансий практически не влияет на статическое магнитные свойства Сс1РеОз, а может проявляться только в его динамических свойствах в силу эффекта застывшей Сс1-подрешетки. Во многих чертах он подобен эффекту мапштоупругой щели [4].

Итр£1ши".лзл2_представлены результаты исследования ортоферрита тулия (ТтГе03), в котором реализуется наиболее распространенная в ортоферритах спиновая переориентация в ас плоскости: (ОхРг) — Г24 (0Х2Ргз.) -— Г2<ОгРх). Она осуществляется в виде двух ФП 2-го рода (Г4 — Г24 при Т)'« 93 я -Г2 при Т2 ** 83К).

• Резонансная частота квазиферромэпштной моды в нем

3+

лежит низе частот редкоземельных мод, так как в Тш характерные расстоя-

«(¡я между синглетаыи в кристаллическом поле составляет >17 см"1. Поэтому, в такой системе следует ожидать классического поведения мод АФМР при спи-цоБой переориентации, т.е. их смягчения на обеих границах спиновой' переориентации, как это и наблюдалось ранее в ТтРе03.

Частоты редкоземельных мод лежат в экспериментально доступном для нас диапазоне, что позволяет провести их комплексное изучение с использованием всех преимуществ нашей методики.

Принципиальным вопросом здесь« является выяснение природы соответствующих электронных переходов (мапшто-дпполышс или электродиполь ныр?) мс;хду энергетическими уровнями в основном мультн-плете редкоземельного нона. Выяснение этих вопросов имеет ключевое значение для понимания роли К-подсистемы в формировании как магнитных, так и диэлектрических свойств подобных веществ.

В спектрах пропускания

j аг • ^« Р,Ш ■ • Рис. 3

Примеры спектров пропускания ортоферрита

тулия при различных поляризациях высокочастотного полк:точки — эксперимент, , сплошные Л5;!»т" — расчет

ойразц()п ТтРеОз (рис.3), измеренных при различных поляризация:: пысс'&оча-

1,2— моды АФМР, 3 — мода I? 1, 4— мода!*!',

5 — мола Я |

6 — мода

7 — мода Яз-

статного электрического (е) и маг-илтного (Ь) поля, парегастриро ано 7

линий поглощения.

с

Две узких

(Лг/г-Ю"2) линии поглощения М] и Г.'2 идентифицированы с квазиферро-пагнитпой (М]) и хзазиан гиферрома гнитной (М2) мода-!П1 железной подсистемы в соответствующих фазах. Остальные линии . поглощения 1*1 (И 11с, е11Ь),

К,'(Ы1а, е11Ь), Рч* (!г11Ь, е11а), Я2(Ы IЬ, е11с),Н3<1г11Ь, е 11с> являются более широкими (Лг'/у ~ I) и наблюдаются только при достаточно' низких Т(Т^ 102 К). Они были идентифицированы с определенными электронными переходами внутри основного мультиплета иона

Мягкой модой при спиновой переориентации является кпазиферромагннт-иая мода АФМР М1, частота которой V) снчпг •зтся на обеих границах переориентации (Т| и Т2). Ширины линий под АФМР не имеют заметных температурных аномалий п составляют Ду^ЗОС^К) ~ ЮСМг, Дг1)2(ЮпК) бОНг. Сильные аномалии (расходимость) я области фазовых переходов претер-пепают вклады мягхой моды М1 Л/гх<!> на верхней границе Т1 и /\ч2<!) на то-ггсА ¡рятте Т2.

Наши результаты для тястот АФМР-мсд хорошо согласуются с данными работ, выполненных по КР света я кеупругому рассеянию нейтронов. Однако, в

Рис. 4

Температурные зависимости резонансных частот о ортоферрите тулия: точки н сплошные линии — эксперимент, пунктирные линии — расчет.

отличие от этих работ, мы получили данные не только по частотам мод АФМР, но и их вкладам в статическую восприимчивость.

Редкоземельные моды. Возможность различить маг-нито- и электродипольные моды в спектрах пропускания обусловлена тем, что условия возбуждения (т. с. правила отбора), для этих мод существенно различают-

£

Л7

30

т

Рис. 5

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости ег ортоферрита тулия

3+

ся. Для различных переходов между спнглетами нона Тт они имеют вид:

Л,-А,

цг, (!х, ¿у для

где и й - операторы, соответственно, магнитного и электрического ди-польных моментов иона, I А|> и 1А2> - состояния (волновые функции) РЗИ с кристаллическом поле, относящиеся к представлениям А| и Аз точечной группы С,, описывающий локальную симметрию РЗИ.

Проведенные нами исследования субмнллиметровых спектров пропускания плоскопараллельных пластин ТтРеОз различных срезов позволили обнаружить и идентифицировать прямые электронные переходы между нижними уровнями основного мультнплета иона

Для выяснения, каким1 именно электронным переходам соответствуют обнаруженные Я-моды, мы провели сравнение частот, условии возбуждения и температурного поседения интенсивпостсй И-мод с соответствующими данными оптических измерений.

Частота линии поглощения соответствует энергии перехода с основного синглета Е|(Л|) на ближайший возбужденный Е2(А|), частота линии — с Е^А^ на следующий возбужденный синглет Ез(Л2), а частота линии Rз - с Е,(А,) каЕ3(Лг),

С целио определенна природы соответствующих мод били проведены измерения субмкллиметровых спектров пропускания при разных взаимных поляризациях высокочастотного поля относительно кристаллографических осей. Например, для образцов с-среза согласно правилам отбора, переходы между со-сто.шиями А| -> Л] (А2 " Л^) возбуждаются только электричесхнм полем (е1 ¡а,Ь), а переходи между состояниями типа А| -» Аз - только магнитным полем (1П 1а,Ь). Это позволило идеитпфицирегать линии Т?;' и Г^", наблюдавшиеся я образце с-среза и соответствующие переходу В) (А]) — Кт(Л|), как ■ электродиполыше моды, а интенсивную лчппю 7?|, наблюдавшуюся для з-сре-за, — как моду, обусловленную л основном магаггтоднгтльиым переходом 2,(Л,) -Е2(А,).

Таким образом, было выяснено что, в.ТтРеОз реализуются ках мапшто-дппольные СП|), так и электродипольнне редкоземельные моды (й]',!*]",^, ;:3).

С понижением температуры наблюдаются реет и последующее наст.пце;;1:е гкладов Ди^1, Де|2Х'у » немонотонное поведение />¿22 с максимумом ;!»л 7-25 К. Это свидетельствует о том, что следует ожидать заметных вкладов пе только в статическую магнитную , но и а диэлектрическую прошщземссть ГглРеО ) за счет электронных переходов в ноне Тп1^\

Для выяснения 'того вопроса была измерена диэлектрическая проиппгв-мость г0г(Т) , па частотах 5,б-9см"',т.е. меньше частот педхогемелмшх' мод. О этом случае ее можно рассматривать как ксазнстатическуга. Было обнаружено паметное возрастание £07('Г) с понижением температуры (р^с.э). Нозрпстаниг с0г(Т) ниже 100 — 150 К указннет на то, что п нее дают зл.'.гггльщ егляд элгкт-роднпольные переходы П] (Л^ — Ез(Л2) с энергией - -Юсм"1, Е|(Л|) -» ^.¡(Л^) с энергией -70 см'1 ¡1 другие .

■ Таким образом, проведенные исследования показали, чтз ■7-подс!гсте>.'Г! траст важную роль в формировании сг только магплтттх, но и днчлзгггрлчг-екчх свойств кристалла.

В четвертой главе исследопзп ортсферрот гольмия, з котором ппстетн "оз-буждемнй взаимолейстзуюсшх Го- н !?-подсп«емях (мед АФМР и П-мод> б.ттки. Народу с модами АФМР, ппгрпьте наблюдалась гедгозекел! ш. е мод?.-, сЗуслоялетше глектропнымп переходами мегду уроппгмн основного яг?зя-

дублета иона Но3+; получены температурные зависимости резонанспых частот, I ширин линий и вкла-' дов мод АФМР и Л-мод в статическую магнитную проницаемость.

Считалось, что в НоРе03 при Т>=50-' 60 К происходит спонтанная переориентация вектора ан-| тиферромагнетизма О Ре-подсистемы в плоскости ас от а-оси (фаза Г,)(ОхРг)) к с-оси (фаза Г2(С ХРХ))'через угловую фазу Г24 (О^Р^). Однако наши псовые спектроскопические исследования

НоРеОз обнаружили черты свойственные не только этим ФИ, но и характерные для ФП типа Мерина, который характеризуется переориентацией вектора в к оси Ь с исчезновением слабоферромагнитного момента Р. Последующие иссле-1 дования динамических свойств НоРеОз действительно позволили обнаружить гонкую структуру спиновой переориентации, обусловленную отклонением вектора О от ас-плоскости к в-оси. I В спектрах пропускания нами обнаружено четыре линии поглощения. Две из них, достаточно узкие (Ау/у^Ю-2) и наблюдаемые во всем исследованном диапазоне температур, представляют собой квазиферромагнитную (М1) и ква-, знантиферромагнптную (М2) моды АФМР с частотами V] 2(Ре). Две другие линии являются более широкими (ду/к ~ 1) и наблюл потея только при низких температурах (Т<120 К). В фазе Г2 при Т < 40К их частоты практически сов-

200 Рис. 6

Температурные зависимости резонансных частот в

ортоферрите гольмия: точки — эксперимент, сплошные линии — расчет.

падают, а при переходах в фазу Г4 (Т>60) в исследуемом диапазоне частот наг блюдается только одна мода в поляризации Ы 1Ь, частота которой понижается с 200 ГГц до ЮОГГц.

По вели'чше частот и условиям возбуждения линий поглощения мы идентифицировали их с редкоземельными модами №3 4), связанными с электронными переходами между энергетическими уровнями основного кпазидублета иона Но3+ (Н| (А^ -» Е2(А2). Значение их частот в фазе Г2 Уз » 200 ГГц соответствуют расщеплению квазидублета иона Но"+, найденного из оптических исследований (2Ар> = 6-7,5 см"1).

Характерной особенностью в поведении резонансных частот (рис.6) является смягчение обеих частот АФМР в области Т=35-65К, свидетельствующее об уменьшении энергии анизотропии в различных плоскостях кристалла. При Т| => 58 ± 2 К, Т2 = 51 ±1 К, Т3 = 39±2 К в температурных зависимостях как резонансных частот, так и ширин линий и г-;ладов мод наблюдаются аномалии, указывающие на существование при этих температурах ориентациошшх фазовых переходов. Обнаруженные аномалии частот, ширин линий и вкладов АФМР- и И-мод при Т|=58±2К, Т2=51±1К, Тз=5о±2К, а также анализ условий возбуждения мод, позволил заключить, что в интервале Т2 — Т3 п ИоГеОз реализуется новая угловая фаза Г|2(Оуг,Рх) и спиновая переориентация осуществляется в виде трех ОФП Г4 — Г24 — Г|2 — Г2, т.е. вращение вектора в происходит в двух плоскостях: сначала в ас-плоскости (Г24>, затем в Ьс-пло-скости (Г] 2).

Проведанные нами численные расчеты резонансных частот, ширин линий, и вкладов мод поз"олили хорошо описать эксперимент (рис.6), из сопоставления с которым были определены параметры ос 1зных магнитных взаимодействий в НоРеОз- Найденные характеристики НоРеОз позволили рассчитать зависимости Кас а{,(Т) и воспроизвести реальный термодинамический путь, при прохождении вдоль которого реализуются ОФП Г4— Г24 — Г]2 — Г2.

Обнаруженная нами тонкая структура спиновой переориентация в Н0Г1.О3 полностью подтвердилась проведенными комплексными исследованиями маг-нчтпых, магаитоупругах, мдгнито-рйзопансных, акустически^ и упругих свойств монокристаллов Н0Р0О3, проведенными другими авторами. 16.7].

Выявлены два вклада в энергию магнитной анизотропии, обусловленные ¡R-Fe взаимодействием, которые определяют наблюдаемую картину ОФП. Во-• первых, это зеемаиовский вклад, связанный с анизотропией обменного расщепления основного квазидублета иона Но3+ и, во-вторых, — ванфлековский I вклад, который обусловлен смещением центра тяжести квазидублета за счет примешивания возбужденных состояний. Именно последний и является причиной отклонения вектора G из плоскости ас.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Цитируемая литература:

1. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева A.M. Левитин Р.З. Ориентацион-иые переходы в редкоземельных магнетиках. М.: Наука, 1979,317 с. ' 2. Балбашов A.M., Червсненкис А.Я., Антонов A.B., Бахтлузов В.Е. Влияние давления кислорода на свойства монокрркисталлов ортоферритов, Изв. АН СССР. Сер. физ. 1971. Т.35. С. 1243-1247.

3. Волков A.A., Гончаров Ю.Г., Лебедев С.П., Козлов Г.В., Мальцев В.А., Субмиллиметровый спектрометр «Эпсилон» на основе ламп обратной волны, ПТЭ. 1984. N2. С. 236-237.

4. Боровик-Романов A.C., Рудашевский Е.Г. О влиянии спонтанной стрик-цпи на антифергомагиитный резонанс в гематите, ЖЭТФ. 1964. Т.47, N6. С.2095-2101.

5. Субмиллиметровая спектроскопия твердого тела, Труды ИОФАН, т.2.5., М.Наука, 1990.

6. Даньшнн Н.К., Жерлицын C.B., Звада С.С., Мухин A.A., Сднижкпв М.А., Филь В.Д., Динамические сьойства II0FCO3 и области спиновой переори-ентациои, ФТТ. 1989. Т.31, N5. С. 198-204.

7. Воробьев Г.Н., Кадомцева A.M., Крынецкий И.Б., Мухнн A.A. О необычном характере спиновой переориентации в HoFeOj, ЖЭТФ. 1989. Т.95, N3.

; С.1049-1057.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1 .Обнаружено возрастание частот АФМР при низких температурах в CdFeOj, одновременное смятение обеих мод АФМР в HoFeOj и классическое поведение мод ЛФМР в TmFeOj. Показано, что обнаруженные различия обус- i ловлены сильным влиянием структуры энергетического спектра редкоземельных ионов на динамические свойства ортоф^рритов.

2. Впервые п субмиллиметровых спектрах ортоферритов разделены элект-го- и магнятодиполькые электронке возбуждения редкоземельной подсистемы. 3 Tt:iFe03 обнаружен необычный рост диэлектрической проницаемости при Т<100К за счет вклада электродипольных переходов.

3. Установлена тонкая структура спиновой переориентации в IloFeOj, по-хазапо, что разворот моментов моментов подрешеток сопровождается сменой плоскости вращения, что приводит к двум новым фазовым переходам. Определены температуры этих переходов, наблюдены соответствующие мя1 кие моды и изучено их поведение.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работа?: t

1. Балблиюв A.M., Bq Хань Фук, Лебедев СЛ., Козлов Г.В., Мухич A.A.. Пронин А.Ю., Прохоров A.C., «Высокочастотные мапшгные свойства ортофер-рита гадолиния», XVU Всесоюзная конференция по физике магнитных явлении. Тезисы докладов, Донецк, 1985, т.1, стр. 209-310.

2. Балбашов A.M., Во Хань Фук, Лебедев С.П., Козлов Г.В.. Мухин A.A., Пронин А.10., Прохоров A.C., «Эффект «застывшей» редкоземельной поэре-шеткн и высокочастотные магнитит,те свойства гадолиниевого ортоферрчта«, ЖЭТФ, 1935, т.90, вып. 1, стр. 299-306.

3. Балбашов A.M., Волков A.A., Козлов Г.В., Лебедев С.П., Мухин A.A., Пронин А.Ю., Л.М.Прохоров, Прохоров A.C., «Наблюдение п ТтГсОз прямых электронных переходов внутри оснопного мультнилетл релкоземетьпого поив», Письма в ЖЭТФ, 1985, 42, N 11, стр. 456-458.

4. Валбапю» A.M., Козлов Г.П., Лебедев С.П., Мухин A.A., Пронин Л.10., А.М.Прохоров, Прохоров A.C., «Необычное поведение частот чттштипго резонанса в Пп|'еО( и области спиновой переориентации». Письма в ;К')ГЭ, 1186. т. 13, N1, стр.33-35.

5. Козлов Г.В., Лебедев С.П., Мухин А.Л., Пронин А.Ю., Прохоров А.С., «О влиянии редкоземельных мод на динамику ориентационных фазовых переходов и TmFeC>3 и НоРеОз», 24-е Всесоюзное совещание по физике низких температур, тезисы докладов, Тбилиси, 1986, ч.З, стр.28-29.

6. Козлов Г.В., Лебедев С.П., Мухин А.А., Прохоров А.С., пронин А.Ю., оМап!Мгоди:)лектричсские свойства антифсрромагнети''ов в субмиллиметровом диапазоне длин волн». Тезисы докладов III семинара по функциональной магнит оэлсктроиике, Красноярск, 1988, стр.51-52.

7. Балбашов А.М., Козлов Г.В., С.П. Лебедев, Мухин А.А., Пронин А.Ю., Прохоров Л.С., Орчептационные переходы и динамика магни~чых подрегаеток в редкоземельных ортоферритах: HoFe03. Препринт ИОФАН, N97, 1988, 72с.

8. Козлов Г.В., Лебедев С.П., Мухин А.А., Прохоров А.С., Пронин А.Ю., Новые ориептационные переходы в ортоферрите НоРеОз, КСФ, 1988, N7, стр. 24-26.

9. Балбашов А.М., Козлов Г.В., Лебедев С.П., Мухин А.А., Прохоров А.С., Пронин А.Ю., Аномалии высокочастотных магнитных свойств и новые ориента-иионные переходы в H: Fe03 XVIII Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений, Калинин, 1988, стр. 704-705.

10. Балбашов А.М., Козлов Г.Б., Лебедев С.П., Мухин А.А., Прохоров А.С., Пронин Л.Ю., Аномалии высокочастотных магнитных свойств и новые ориеигаш-.онные переходы в HoFe03, ЖЭТФ.. 19S9. Т.95, N3. С.1092-1107. ;

11. Koztov O.V., Lebedev S.P., Mukhin А.А., Pronin A.Yu., Prokhorov A.S., Submillimeter dynamics and spin-reorienlational transitions in the rare-earth orthoferrites, Acta Physica Polonica, 1989, v. A7fvNl, h.83-88.

12. Звезлин С.A., Мухин A.A., Прохоров A.C., Пронин А.Ю., Синицкий А.В., Тезисы доклада на И Всесоюзном семинаре «Магнитные фазовые переходы и критические явления», Махачкала, 1989, стр.53-54.

13. Железны В., Мухин А.А., ПетцельтЯ., Пронин АЛО., Прохоров А.С., Магнитодиподьные и электродипольные редкоземельные моды в ортоферрите TmFe03: Препр. ИОФАН, 1989, N10, 28 с.

• 14. Козлов Г:В., Железны В., Мухин А.А., Пронип АЛО., Прохоров А.С., Пстцсльт Я., Обнаружение магнито- и элсктродипольных переходов в основ-

пом мульишлете редкоземельного пона в TmFeC>3,' ЖЭТФ, 1990, т.98, N5, стр.] 726-1736.

15. Kozlov G.V., Mukhin А.А., Pronin A.Yu., Prokhorov A.S., ZeJezny V., Petzselt J., SubmilJiraeter and FARIR spectrscopy of magnito- and electrodipolr rare-earth modes in TmFe03 orthofemle, Physics Letters, 1991, v. 153, N8-9, p.499-504.

04.I2.I99Ir. Зак. 694 In.л. Тир. ТСЬэкз.

Типография ИХуЧ АК СССР