Магнитоупругие эффекты в редкоземельных окислых кристаллах с сильными ЯН-теллеровскими корреляциями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУД АРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

„ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА _

V-

ФИЗИЧЕСКИИ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537.611 +537.622

КАЗЕЙ Зоя Александровна

МАППГГОУПРУП1Е ЭФФЕКТЫВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ОКИСНЫХ КРИСТАЛЛАХ С СИЛЬНЫМИ ЯН-ТЕЛЛ ЕРОВСКИЛ111 КОРРЕЛЯЦИЯМИ

Специальность 01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора фшшсо-математтиеских наук

Москва-1998

Работа выполнена на кафедре общей физики для естественных факультетов физического фа^шьтета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Ведяев А. В.;

докшр физико-математических наук, профессор Крейнес Н. М.;

доктор физико-математических наук, Любутин'И. С.;

Ведущая организация- Инстшуг общей физики РАН

Защита состоится " 199<Г г. в тас.

на заседании Специализированного Ученого Совета Д 053.05.40 по физике твердого тела при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 117234, г. Москва, В-234, Воробьевы Горы, МГУ, криогенный корпус, ауд. 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан"_ 6 " \99lj.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д 053.05.40 доктор физико-математических профессор

С. А. Никитин

ОБЦ^\Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одна из важнейших задач совремешой физики малптг-ных явлений состоит в построении научных основ магнитного материаловедения, необходимого доя целеналравлёшюго создания новых мшпттных материалов. Успехи, дос-•ттутые в последние годы в этом направлении, в'значительной степени связаны с исследованиями ¡х'дколемелг.ншх (|>3) шгл'рметаттичсских и окисных соединений с различными структурами. Окисные еоёданеМя на основе РЗ элементов характеризуются большим разнообразием магнитных,' магангоупрупгс, маггапЪошических, резонансных, оптических и драгах физических Свойств, что обусловливает их использование в качестве рабочих материалов й лазерной и вычислительной технике, прикладной магнитооптике, в различных устройствах микроэлектроники, машигоакустике и т. д. Развитие современной техники требует постановки научных исследований, способствующих выяснению фувдаме(ггалъных вопросов магнетизма: природы кристаллического поля (КГТ), магнитоупругого (МУ) и квадрупольного взаимодействий, магнитной анизотропии, микроскопических механизмов структурных и магнитных фазовых переходов (ФП), формирования и перестройки упорядоченной фазы при внешних воздействиях, спеетра элементарных возбуждений и др.

Проблема яп-теялеровских (ЯТ) систем, имеющих вырождение или квазивырождение в энергетическом спектре магнитных ионов, представляет особый интерес в физике твердого тела вообще, и в физике магнитных явлений, в частности. Оптичтельной чертой этих систем является сильная связь электронной подсистемы с решеткой, т. е. сильное электрон-фононное (вибронное) взаимодействие, и наличие двух взаимосвязанных параметров порядка (спинового и псевдоспинового, или орбитального). Это приводит к тому, что упругие, магнитные, магнитоупругае, структурные и т. д. свойства ЯТ магнетиков, как правило, оказываются намного сложнее и разнообразнее, чем изоморфных соединений, содержащих ионы с орбитально невырожденным основным состоянием [1,2]. В классе ЯТ кристаллов имеются такие, которые при определенных условиях являются одновременно ферроэластиками, ангисегнегоэлегариками и антиферромагае-тикадш. Особо ценным для практики качеством ЯТ соединений является возможность эффективного управления их свойствами с помощью внешних полей. Таким образом, соединения с кооперативными вибронными взаимодействиями обладают уникальным сочетанием аномалий различных свойств, исследование которых представляет значительный интерес как для теории, так и для практики.

Соединения с 4£иЬнами более удобны и интересны для экспериментального исследования, потому что ЯТ взаимодействие в них существенно меньше, чем для Зс1-ионов [2] (температуры КЭЯТ составляют ~10 К [1]) и внешними магнитными и элек-

трическими полями, механическими напряжениями и т. д. можно иццуцировать расщепления уровней такой же величины, что и характерные значения энергетический щеяа в спеюре РЗ иона.

Исследования РЗ оксидов открывают реальные возможности для выяснения природы ЯТ (магнитоупругого и квадруполыюго) взаимодействия в оксидах, что представляет одну из актуальных проблем современной физики магнитных явлений. Выявление основных закономерностей актуальных взаимодействий в РЗ оксидах на микроскопическом уровне дает ключ к пониманию природы формирования фундаментальных свойств перспективных для практических целей магнитных материалов. Все вышесказанное свидетельствует о том, что исследование кристаллов с сильными ЯТ взаимодействиями, являющееся основой целенаправленного поиска новых материалов с заданными характеристиками, представляет чрезвычайно актуальную проблему.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являлось экспериментальное и теоретическое исследование различных МУ эффектов в кристаллах РЗ соединений (цирконы КХ04, Х=У, Р; шеелиты 1ШР4; ВТСП1-2-3 ЯВагСизОи) как при наличии, так и в отсутствие ЯТ корреляции и установление общих закономерностей влияния ионов с различной алегаронной конфигурацией на магнитоупругае и квадрупольные взаимодействия и на характер структурных фазовых переходов (СФП). Основное внимание при этом уделено соединениям со структурой циркона, дяя целого ряда из которых имеют место СФП ян-теллеровской природы.

Выбор РЗ цирконов в качестве объектов исследования определяется следующими соображениями. Магнитные суперобменные и дипольные взаимодействия в РЗ цирконах существенно меньше ЯТ взаимодействия, осуществляемого, главным образом, за счет обмена длинноволновыми акустическими фононами. Поэтому ЯТ упорядочение чаще всего возникает в парамагнитной фазе, а эффекты ближнего порядка при СФП не очень существенны. Высокая локальная симметрия, отсутствие неэквивалентных позиций для РЗ ионов, возможность изоморфного замещения как в РЗ, так и в анионной X подрешетке, а также наличие надежного КП, установленного различными методами (отика, неупругое рассеяние нейтронов, ЭПР, эффект Мессбауэра и др.), сделали цирконы но существу классическими объектами для теоретических и экспериментальных исследований в области КП, редкоземельного магнетизма, магаигоупругих и квадру-польных взаимодействия, ЭЯТ и др. Удобные в экспериментальном отношении температуры СФП в сочетании с указанными выше особенностями РЗ цирконов позволяют использовать их для получения количественных данных, необходимых для проверки различных моделей.

Выбор объектов и направления выполненньк исследований определили следующие соображения:

-5- существуют три изоморфные серии РЗ цирконов, для которых спектры РЗ ионов заметно отличаются, что позволяет изучать ютияние как индивидуальных свойств РЗ иона, так и свойств решетки на исследуемые эффекты, и установить некоторые общие за-гажомерносга изменения по РЗ ряду и между изоморфными структурами;

- кристаллическое поле и МУ взаимодействие в РЗ цирконах достаточно велики, что обусловливает широкий врут спонтанных и шщущфовапнцх мапштоупругих и квадрупольных эффектов и эффектов кристаллического поля;

- большое МУ взаимодействие дает основание предполагать существование в таких системах качественно новых эффектов, обусловленных, этим взаимодействием;

. - достаточно высокая локальная симметрия и отсутствие неэквивалентных позиций позволяют получать не только качественное, но и хорошее количественное описание наблюдаемых МУ эффектов в рамках различных моделей.

Научная новизна и защищаемые результаты. К моменту начала пашей работы (1985 г.) в РЗ цирконах выполнялись в основном исследования, направленные на изучение собственно ЭЯТ. Оригинальное направление настоящей работы состоит в изучении связи магнетизма и эффекта Яна-Теллера в РЗ оксидах. В работе проведены систематические экспериментальные и теоретические исследования магнитных и мапнгтоупругих свойств серии РЗ окисных соединений с различными структурами, обнаруживающих КЭЯТ или сильные ЯТ корреляции. Использовшше разнообразных экспериментальных методов - магнитных, дилатометрических, акустических, решгеносгруктурных и др. - в широком интервале температур (0.1 -300 К) и магнитных полей (статические до 160 кЭ и импульсные до 4000 кЭ) позволило получить новые экспериментальные данные, а также прямые экспериментальные доказательства существования целого ряда новых эффектов.

Экспериментально и теоретически исследован широкий круг эффектов, обусловленных МУ взаимодействием: значительный МУ вклад в намагниченность ЯТ парамагнетиков, подавление или усиление локальных искажений решетки магнитным полем, взаимосвязь магнитного и дистарсионного упорядочений РЗ ионов, МУ аномалии теплового расширения, упругих констант и модуля Юнга, ДЕ-эффекг и др. Наблюдены характерные аномалии маггагпюй восприимчивости первого и третьего порядка, намагниченности и магнитной анизотропии в базисной плоскости, обусловленные эффектами КП, ЯТ корреляциями или КЭЯТ. Экспериментально обнаружен эффект вибронного усиления магнитоупругости кристаллической решетки ЯТ соединений и исследованы особенности проявления этого эффекта в кристаллах, содержащих РЗ ионы с различной схемой расщепления энергетических уровней в КП. Показано, что особенности физических свойств исследованных РЗ кристаллов являются проявлением специфической МУ связи, возникающей вследствие КЭЯТ и сильного злекгрон-фононного взаимодействия

РЗ ионов. Впервые был экспериментально обнаружен и исследован ¡юный тип.СфП, которые могут иметь место в ЯТ магнетиках - стимулированный КЭЯТ, для которого магнитное поле и деформация имеют разную симметрию. ., .

Полученные результаты анализируются в рамках различных теоретических моделей, учитывающих ЯТ взаимодействие между РЗ ионами. Псевдоспиновый формализм позволяет получить аналитическое описание только основных МУ эффектов. Более общие ¡формализмы КП и обобщенных вЬсприимчивостей дают возм ожность объяснить особенности поведения, обусловленные спецификой-КП или слабыми МУ модами, т. е. получить полную информацию о всех МУ модах и проследить за изменением параметров взаимодействия по РЗ ряду изоморфных соединений.

Конкретно научная новизна работы определяется основными результатами и положениями, которые автор выносит на защиту :

- обнаружение и исследование анизотропии магнитной восприимчивости в тетрагональной и орторомбической фазах и наборы параметров КП доя ряда РЗ ионов, полученные на основе спектроскопической информации и магнитных данных;

- обнаружение и результаты комплексного исследования вклада ЯТ корреляций в намагниченность РЗ цирконов в области СФП;

- полученные экспериментальные данные об особенностях магнишетрикцион-ных свойств для различных трупп РЗ цирконов, характеризующихся усилением или подавлением ЯТ корреляций магнитным полем;

- полученные экспериментальные данные о МУ аномалиях теплового расширения РЗ оксидов с различными струюурами (РЗ цирконы, РЗ шеелиты), теоретическое описание этих аномалий и анализ их изменения по РЗ ряду, между изоморфными структурами и доя различных кристаллических структур;

- полученные экспериментальные значения полносимметричных одноионных МУ констант Ва1 и В02 для серии РЗ ванадатов и фосфатов и их сравнительный анализ для двух серий;

- полученные экспериментальные данные о МУ вкладе в упругие константы и модули Юнга и ДЕ-эффекте доя РЗ оксидов с различными структурами, теоретическое описание этих эффектов и анализ их изменения по РЗ ряду, между изоморфными структурами и для различных кристгииичесшх структур;

- полученные экспериментальные данные о СФП и фазовых диаграммах в РЗ цирконах сложного состава и их теоретическое описание с учетом взаимодействия между разными ЯТ подсистемами и неоднородных механических напряжений;

- первое экспериментальное наблюдение и детальное исследование в ЯТ парамагнетиках нового типа СФП - стимулированного КЭЯТ, в котором внешнее магнитное поле и деформация имеют разную симметрию (виртуальный эластик ТП1РО4);

- обнаружение в структуре циркона эффекта пересечения уровней в сильных и сверхсильных полях (НоУО^, УЬРСу и исследование особешюстей его проявления на магнитных и магпитоупругих свойствах в изотер;отческом и адиабатическом режимах;

- полученные экспериментальные данные об однотонном магнитоупругом и парном квадрупольном взаимодействиях и полный набор соответствующих констант взаи-модсйствия для всех МУ мод для ряда РЗ ионов в структурах ванадата и фосфата;

- впервые примененный к описанию МУ эффектов в РЗ оксидах форматом вос-приимчивостей;

- применение к описашю всей совокупности МУ эффектов в РЗ оксидах методов псевдоспинового формализма, формализма КП и обобщенных начальных воспртагмчи-востей и сравнение результатов, полученных в рамках различных формализмов, с целью уточнения границ их применимости;

- подход к исследованию МУ эффектов, позволяющий описать поведешю всего РЗ семейства с данной структурой в рамках единого метода, предсказать наличие или отсутстаие СФП и его тип и рассчитать характерные зависимости МУ эффектов от магнитного поля, температуры, концетпрации, механических напряжений и т. д.

Научно-практическая значимость полученных результатов обусловлена возможностью эффективного управления физическими свойствами РЗ соединений с помощью внешнего шля, тедгпературы и разнообразиях замещений в РЗ подсистеме, что особенно важно для решения проблемы создания магнитных материалов с заданными свойст-ва\ш. Исследованные в диссертации соединения мотуг представлять значительный интерес в акусгоэлектронике, оптоэлектронике, иеразрушающем контроле качества материалов, в качестве рабочего вещества для параметрических генераторов и усилителей звука, для создания и разработки разнообразных линий задержки, преобразователей энергии и т. д. Новые возможности практического применения мотуг дать ЯТ кристаллы, прозрачные в видимом диапазоне электромагнитных волн, с гигантской магнитост-рикцией, достигающей рекордных величин ~10"2.

Установленные в диссертации основные закономерности МУ эффектов в РЗ оксидах значительно расширяют и углубляют существующие представления о механизмах формирования фундаментальных МУ характеристик в РЗ оксидах - в одном из перспективных в практическом отношении классов магнитных веществ. Полученные результаты позволяют в едином подходе описать разнообразные МУ эффекты в соединениях, различающихся кристаллической структурой и электронным строением РЗ ионов и могут, таким образом, служить вкладом в основы микроскопической теорш магнитного материаловедения.

Экспериментальные результаты диссертации послужили основой дальнейшего развития теоретических представлений о СФП в РЗ оксидах, о взаимосвязи КЭЯТ и МУ

свойсгв соединений, содержащих ионы с орбитальным вырождением, и др., а также стимулировали постановку новых экспериментов по изучению РЗ оксидов в Казанской госуниверситеге, Брянском техническом университете, в Инстшуте физических проблем РАН, Ленинградском институте химии силикатов РАН, Инстшуте металлургии УрО РАН и в ряде других организаций.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

- Всесоюзные конференции по физике магнитных явлений - Донецк (1985 г.), Калинин (1988 г.), Ташкент (1991 г.)

- Всесоюзные совещания по физике низких температур - Тбилиси (1986 г.), Ленинград (1988 г.)

- IV Всероссийское координационное совещание по физике магнитных материалов -Иркутск (1986 г.)

- Х1У Всесоюзная конференция по акустической электронике и физической акустике твердого тела - Кишинев (1989 г.)

- Международный стшлознум по эффекту Яна-Теллера - Либлице, Чехословакия (1983 г)

- Международные конференции но физике магнитных материалов - Шчирк-Бяла, ПНР (1986 г.), Шчирк-Бяла, ПНР (1988 г.)

- Международная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости и локали-зационным явлениям, Москва, СССР (1991 г.)

- 3 Международная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости М8 -Каназава, Япония (1991г.)

- Международная конференция по магштоупругим явлениям и их применению - Капри, Италия (1993 г.)

- 6 Европейская конференция по магнитным материалам и их применению - Вена, Австрия (1995 г.)

- 5 Международный симпозиум по исследованиям в сильных малинных полях - Сидней, Австралия (1997 г.)

- 3 Международная конференция по 1-элементам, Париж, Франция (1997 г.)

- Научные конференции МГУ "Ломоносовские чтения" - Москва (1992,1997, гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 59 печатных работ, включая 1 авторское свидетельство. Список основных публикаций (38) приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и списка литературы. Оригинальные результаты представлены в главах 11 -IX. В начале каждой из этих глав содержится постановка конкретных задач и кратко

обосновьпзается направление исследования. В конце глав дается заключение и краткая сводка результатов по основным аспектам проведенных исследований. В заключении подводятся общие итога работы. Диссертация содержит 319. страниц машинописного текста, включая 10 таблиц, 119 рисунков и список цитированной литературы из 240 наименований (включая публикации автора по материалам диссертации).

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность и выбор направления и объектов исследования, формулируются цель и задачи диссертационной работы, кратко охарактеризовано ее место в общей проблеме магнетизма-РЗ соединений, отмечается научная новизна и практическая ценность полученных результатов. Здесь же приводятся основные положения диссертации, которые автор выносит на защиту, и дается краткая аннотация результатов, изложенных в каждой из последующих глав диссертации.

Первая глава "Теоретические модели, используемые дня описания систем с сильными ян-тсллеровскишг взаимодействиями'' ноет, в основном, обзорный характер. Здесь приведены необходимые для дальнейшего изложения общие сведения о кристаллической структуре циркона и спектре рада РЗ ионов в этой структуре, дано описание используемых далее теоретических моделей кристаллического поля и обобщенных вос-приимчивостей.

Описана тетрагональ] гая структура цирконов КХО-, (К.^ - РЗ ион, Х5+ - ионы V, М или Р; ЦуИ^/атф. Кратко рассмотрены различные случаи ЭЯТ в структуре циркона: изолированного орбитального дублета (ТтУО^, Тс=2.15 К), двух крамерсовых дублетов (Г)}'У04, Тс-13 К), сшллет-дублет-ашглегного спеетра (ТЬУО^, Тс=33 К; ТшРО.4, виртуальный эластик). Дано описание деформаций В^у)- и Вгн(5)-симмегрии, снимающих вырождение спектра РЗ иона в структуре циркона и соответствующих растяжению тетрагональной ячейки вдоль осей [100] (СМ^сц-Си)) и [110] (Сч=с(-,б), а также полносимметричных а1- (объемная) и а2- (тетрагональная) деформаций.

Далее описан формализм обобщенных восприимчивостей для тетрагональной симметрии [3], приводящий к специфическим магнитным, деформационным и квадру-польным восприимчивости, учитывающим как эффекты КП, так и магнитные и квад-рупольные взаимодействия. Отмечается, что кваарупольные свойства тетрагональных РЗ соединений исследованы менее подробно, чем кубических [4], из-за 'большего числа параметров, входящих в гамильтонианы КП и квадруиольных взаимодействий.

Приведен полный гамильтониан для 41-иона в приближении молекулярного поля для парных билинейных и квадрупольных взаимодействий:

ж= жсе + жг + жъ+жш + ж<1 + (Ед1+ Ев + Ед), (1)

вкпючающий гамильтониан кристаллического поля зеемановское взаимодействие изотропное билинейное взаимодействие гейзенберговского типа Jfo, однотонное МУ взаимодействие .У(мь парное квадруполыюс взаимодействие Щ и упругую энергию Eei, записанные в симметризованных обозначениях [5] через операторы Сгевенса О™ [6]. Вводится понятие полных квадрупольных коэффициентов G)JMj£1E+K^ (р=а, у, 6, е), в которые дактгвклад одноиошюе мапгитоупругое Gj^ и парше квадрупольное К'1 взаимодействия, и отмечается, что эти взаимодействия СУ могут, приводил, к КЭЯТ с понижением симметрии до оргоромбической.

Обсуждаются различные подходы, используемые для описания МУ свойств РЗ оксидов на основе указанного гамильтониана. Применение теории возмущения позволяет рассчитать МУ свойства в пределе слабых полей через обобщенные восприимчивости, а прямая диагонализация гамильтониана - наблюдаемые значения операторов магнитного Ji (i=x, у, z) и квадрупольных О®, 0^, Pij (ij=xy, yz, zx) моментов, т. е. намагниченность и мапштострикцию РЗ ионов.

Для магнитного поля вдоль осей [001], [100] и [110] приведены выражения для

обобщенных воспршшгшвостей через собственные значения Ei и собственные вектора

|ik> гамильтониана нулевого порядка и показана их связь с различными МУ

эффектами и перенормировка парными билинейными и квадрупольными взаимодейсг-

виями ff. Магнитные восприимчивости первого Хэ и третьего порядков описывают

члены -Ни -Н1 в разложении кривой намагничивания по полю, а деформационная ^ и (2)

квадрупольно-полевая х восприимчивости - упругую константу и парасгрикцию, соот-и

ветственно. Отмечается, что МУ моды a-, у-, 5- и е-симметрии могут быть исследованы незавиашо при наложении поля вдоль осей [001], [100], [110] и [101], а различные восприимчивости благодаря одпоионньш и квадрупольным вкладам дают информацию как о КГ L так и о величинах магнитоупругого и квадрупольного взаимодействий данной симметрии.

Вторая глава '-'Методика и техника эксперимента" посвящена описанию экспериментальных установок, методики экспериментальных исследованш и аттестации исследуемых образцов. Основное внимание уделено оригинальным установкам и вновь разработанным несгандаршым узлам, а также тем вопросам техники эксперимента, которые являются важными при последующей оценке достоверности и однозначности интерпретации полученных экспериментальных данных.

Для измерений намагниченности РЗ оксидов использовался автокомпенсационный вибромагнитометр со сверхпроводящим соленоидом, позволяющий проводить измерения магнитных характеристик в интервале температур 2-300 К и маптиптьгх полях до 63 кЭ (чувств. .10° Гс-см3, ота. точность 1.5 %). Ряд магнитных измерений быгщ выполнены автором в лаборатории магнетизма им. Луи Нееля (CNRS, Grenoble, France) на

автоматизированных магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом и антикриоста-том, работающее но методу выдергивания образца из приемных катушек (1.4-300 К, 105 кЭ; 0.05-15 К, 160 кЭ). Для исследований температурной (2-70 К) и полевой (10"3-50 кЭ) зависимостей дифференциальной восприимчивости % был создан прибор, работающий на индукционном пришлите (абс. точность 5%). Обсркдаются способы выделения члена ~Н3 в разложении магнитного момента возможные систематические

ошибки измерения нелинейной восприимчивости и методы ее тестрования.

К числу оригинальных методических разработок, представленных в диссертации, относится установка для измерения магшггострикции кристаллов с линейными размерами ~1 мм в области температур жидкого гелия. Конструкция емкостного датчика, включенного в задающий гсшур "криогенного" генератора (f~1.3 МГц) позволяла исследовать как продольную (соленоид, Н<55 кЭ), так и поперечную (система Гельмголь-ца, Н<42 кЭ) машитострикцшо и контролировать чувствительность в процессе измерений по сигналу от калиброванной пьезокера\шки (ч}-вств. ~0.05 нм, абс. точность ~5%). Описано также измерение теплового расширения и магнитострикции с помощью крестообразных тензодатчиков, позволяющих одновремешю исследовать две компоненты деформации.

Кратко описана методика измерения упругих свойств - модуля Юнга Е и коэф-фициагга внугреннего трения q"' (метод составного резонатора, 1450 кГц, 1.6-300 К, Н<50 кЭ) и рентгенографические исследования параметров решетки и искажения структуры (дифракгомегр "Гейгерфлекс 3013" с проточным гелиевым криостатом, 7-300 К).

Объектами исследований в настоящей работе служили моно- и поликрнсгалли-ческие образцы РЗ оксидов, содержащие как один сорт РЗ ионов, так и различные твердые растворы на их основе. Кратко описаны рост моно- (метод спонтанной кристаллизации из раствора в расплаве из платиновых тиглей) и синтез поликристаллических (двукратный обжиг на воздухе) образцов РЗ цирконов. Бьиш приготовлены моно- и поликристаллические образцы всего РЗ ряда фосфатов RPO4 (R=Tb-Yb, Y) и ванадатов RVO.j (R=L% Ce, Pr- -Yb, Y, Lu) со структурой циркона, а также разбавленные и замещенные системы DyxYi.xVO^, GdxTbi_xV04, DyxTb].xVQj и др. и проведен рентгенографический котроль качества и фазового состава всех образцов.

В третьей главе "Магнитные свойства редкоземельных соединений со структурой циркона" приведены результаты эксиершкнтальных исследований аномалий магнитных характеристик, обусловленных ЯТ взаимодействием или КЭЯТ.

Обнаружено, что анизотропия магнигаой восприимчивости AxT'/x^Ócji "Х^Ух' ~ocjV!| в тетрагональной фазе меняется по РЗ ряду в пределах изоморфной серии и для двух групп РЗ цирконов в соответствии с параметром Стевенса cxj и параметром КП второго порядка VÍ'. Проведено определение/уточнение КП в РЗ фосфатах и РЗ ванадатах

(найдены все решения задачи в пространстве параметров У^, для которых невязка на базе экспериментальных данных минимальна) с использованием магнитной восприимчивости^ тетрагональной фазе, которая не зависят от величины ЯТ корреляций, и имеющейся спектроскопической информацией. Это позволило проанализировать изменение КП по РЗ ряду и между двумя изоморфными сериями (таблица 1); в частности отмечено, что для РЗ ванадатов параметр У^ имеет другой знак и меньше по абсолютной величине.

Представлены результаты исследования магнитной восприимчивости ХмСО кристаллов 1)уУ04 и ТЬУ04 в области КЭЯТ, сопровождающегося существенной перестройкой энергетического спектра ЯТ иона (рис. 1). Обнаружено, что при КЭЯТ возникает сильная магнитная анизотропия в базисной плоскости, а поведение Хм при Т<ТС определяется в значительной степени доменным состоянием образца, которое меняется под действием внешнего поля (образец становится монодоменным при Н,>5 кЭ).

Далее описано исследование МУ вклада в намагниченность М(Н) соедгшений с сильными ЯТ корреляциями, проведены сравнение МУ вклада для разных кристаллов и его анализ в рамках теории КЭЯТ (рис. 2).

Таблица 1. Параметры КП редкоземельных фосфатов ИР04 и ванадатов 11У04.

юсо4 у?,к у!,к у®,к viк

тью4 266 37 1246 -52 126

Е)уЮ4 219 14 1081 -59 49

НоРО, 265 4 956 -60 54

ЕтЮ4 250 5 1074 -60 72

ТтГО4 258 47 989 -67 60

НоУ04 -126 55 1105 -62 -112

22

т,к

Рис. 1. Магнитная вос1триимчивость кристалла ТЬУ04 вдоль оси [110] в области СФП: точки -эксперимент (1-Н=0, 2-Н=1, 3-№=5 кЭ); кривые -расчет для моно- (4,6-Н=0.1,5-Н=5 кЭ) и полидоменного (7-Н=0.1 кЭ) образцов.

20 Н, кОе

Рис. 2. Экспериментальные (точки) и теоретические (пунктир) зависимости магнишого момента 1)уУ04даяН|[100]

На зависимостях М(Н) для Н вдоль направления спонтанной деформации (Щ100] для DyVQi) вблизи СФП обнаруже/ц>1 нелинейность и точки перегиба, которые при Т>ТС~13 К обусловлены вкладом в магшлный момент ЯТ корреляций, а при Т<ГС - переориентацией "невыгодных" ЯТ доменов. Показано, что корреляции локальных ЯТ искажений, обусловленных магншным шлем, дшот положительный вклад АМ~Н3 и приводят к перегибу на изотермах М[ню](Н) как вьгше, так и ниже Тс. Проведены численные расчеты намагниченности в рамках КЭЯТ, которые показывают, что МУ вклад в рассматриваемую нелинейность М(Н) максимален вблизи Тс и количественно хорошо описывает эксперимент в DyVO.4 и несколько хуже в TbVO.4.

Четвертая глава "Мапштострикцда редкоземельных соединений со структурой цир-кона" посвящена МУ свойствам РЗ цирконов во внешнем магнитом поле. Отмечается, что для ЯТ магнетиков при наличии реального или виртуального ЭЯТ можно ожидать значительных сгрикционных деформаций в области СФП ю-за вырождения/квазивырождения в спектре РЗ иона и сильной связи электронной подсистемы с решеткой [7].

На примере кристалла DyVOj}, для которого магнитное поле ЩЮО] при 1>ТС индуцирует деформацию той же симметрии, что и спонтанная, рассмотрены МУ аномалии теплового расширения Д1(Ту1 в области СФП и особенности доменной магнито-стрикции РЗ цирконов с КЭЯТ. Показано, что тепловое расширение достаточно информативна при изучении КЭЯТ, сопровождающегося возникновением макроскопической деформации решетки. Исследования теплового расширения для HJÄ1 и Н1Л1 для двух ориентации АЩ100] и Д1||[110] при налпчш! и в отсутствие поля позволяют установить тип искажения решетки (B!g или В;>„) при КЭЯТ, исследовать температурную зависимость параметра порядка, характер влияния магнитного поля на СФП, доменное состояние образца и его изменение под действием внешних условий (магнитных полей, одноосных давлений и т. д.).

Подробно обсуждается магнитострикния РЗ цирконов с сильными ЯТ корреляциями. В работе впервые экспериментально исследованы полевые и температурные зависимости статической магнитострикции для различных кристаллов из серии РЗ цирконов, обнаруживающих КЭЯТ или сильные ЯТ корреляции. Рассмотрены особенности стрикции РЗ цирконов как при наличии, так и в отсутствие КЭЯТ для двух групп цирконов, в которых магнитное поле либо увеличивает (DyV04, TbVO.4, ТП1РО4), либо уменьшает (Trn VO4, TmAsQi) локальные ЯТ деформации и температуру перехода Тс.

Особенности магнитострикции цирконов первой группы обсуждаются на примере реального ЯТ эластика DyV04, для которого продольная магаитострикция Ajj для ЩЮО] максимальна вблизи Тс, составляет при Н=20 кЭ величину порядка спонтанной деформации решетки при КЭЯТ ~10"? и резко падает при понижении температуры (рис.

■ ! . ,. .. -143). Характерной особенностью изотерм является росг вблизи Тс коэффициента магни-тостршшии ЦрЭаг/ЭН2=1/Хо(5АУ5Н2) (рис. 4), который подтверждается расчетами в рамках псевдоспинового формализма

Н, кОе Н,кОе

Рис. 3. Экспериментальные (слсва) и рассчитанные (справа) изотермы продольной маг-нитострикции ру\Ю4 для НЦ[010].

В парамагнитном кристалле виртуального ЯТ эластика ТтР04 обнаружены и исследованы магнитосгрикииониые эффекты, обусловленные корреляцией локальных ЯТ искажений, которые не маскируются процессами переориентации ЯТ доменов. Показано, что ЯТ корреляции (А*0) приводят не только к существенному увеличению магшпост-рикции Х(=аН2, но и к появлению на зависимости а(Т) характерного экстремума при

Рис. 4. Экспериме1ггальная (точки) и рассчитан- Рис. 5. Экспериментальная (I) и рассчи-ные (лиши; 1-Н=0.05, 2-Н=5 кЭ) зависимости тайные (2-А=22 см"1, 3-А=0) зависимо-коэффициента магнитострикции Г)ц для БуУ04. ста коэффициента а от температуры.

темпераяуре К (рис. 5). Численные расчеты магштгослрикции А(Т, Н) и зависимости а('Г) в рамках КЭЯТ хорошо опнсьюшот полученные экспериментальные данные.

Магнитострикция кристаллов с подавлением ЯТ корреляций магнитным полем исследована на примере ТтУОф Особенности теплового расширения ТтУ04 вдоль оси [110] свидетельствуют о существовашш при 1>ТС локальных В2г-деформаций, индуцированных механическими напряжениями, а магнитное поле Н||[001] существенно уменьшает величину В^-деформаши вблизи Тс и понижает температуру СФП. Поперечная магниггострикция Х.1 для Н||[001] и Д1||[110] при Т<ТС обнаруживает резкое увеличение Хь связанное с восстановлением в магнитном ноле ЩТ) тетрагональной фазы. Для кристалла ТтУО} стрикция А-х ниже Тс имеет порядок величины спонтанной деформации решетки при КЭЯТ и существенно уменьшается в тетрагональной фазе, что качественно отличается от поведения цирконов первой группы. Экспериментальные данные по магнитострикции ТтУО» допускают адекватную интерпретацию в рамках теории КЭЯТ, обобщенной на случай учета возбужденных состояний и наличия слабых однородных упругих напряжешш с параметром Р-0.2 см"1.

Пятая глава "Маптишупруше аномалии теплового расширения тетрагональных редкоземельных соединений (структура циркона и шеелита)" посвящена исследованию МУ вклада в тепловое расширение и условий применимости квадрупольного приближения для описания полносимметричных МУ мод. Обсуждается вид МУ гамильтониана в мультиполыю.м приближении для орторомбической симметрии. Показано, что в мультииольном приближении полносимметричные МУ моды (объемная и тетрагональная деформации) определяются изменением с температурой и магнитным полем всех мультипольных моментов РЗ ионов ОшСГ, Н)^1<0^Ь=-ссп5<1!0"1|1>ехр(-Е1/квТ)/^ которые рассчитываются численно по известным параметрам КП и МУ коэффицие!ггам, зависящим, главным образом, от свойств матрицы.

Обсуждаются МУ аномалии теплового расширения серии РЗ ванадагов (Рг, N4, ТЬ-Тт) и РЗ фосфатов (ТЬ-УЬ). Поскольку параметры КП для РЗ ванадагов и РЗ фосфатов заметно отличаются и одни и те же РЗ ионы имеют различные спектры в этих структурах, представляет несомненный интерес сравнение МУ взаимодействий для двух изоморфных серий. Обнаружено, что для большинства магнитых РЗ цирконов наблюдаются существенные аномалии параметров решетки, отличающиеся лишь величинами МУ вкладов и характерных температур. МУ вклад, о величине которого можно судить по разнице между зависимостями Да/а и Лс'с данного РЗ циркона и его диамагнитного аналога, отрицателен для параметра а и положителен для параметра с в ванадагах, достигает максимальной величины для Оу ванадата и постепенно уменьшается для ТЪ, Тт, Рг, Но и N(1 соединений. Знаки МУ вкладов дня параметров а и с в РЗ фосфатах прямо противоположны.

Выделен МУ вклад в тепловое расширение ЮСС>4 с учетом изменения фононного вклада по РЗ ряду в дебаевской модели твердого тела и определены коэффициенты пропорциональности между МУ вкладами Дсме/Ь^Ол/З и Дамн/а=А2СЬ()/3 (рис. 6) и квад-рупольным моментом Ого, приведенные в таблице 2. Показано, что тепловое расширение решетки ванадата (ОёУОц) и фосфата (УЮ^ достаточно хорошо описывается дебаевской .формулой. Для .определения границ применимости квадрупольнош приближения расстеганы температурные зависимости всех отличных от нуля в отсутствие магнитного поля мультипольных моментов РЗ ионов в структуре'циркона, установлена связь их величин и знаков с параметрами 1-амильтониана КП, иерархия величин для различных мультипольных моментов Ого, 0«, Обо и проанализировано их изменение по РЗ ряду. Показано, что определяющий вклад в полносиммстричные МУ моды в структуре циркона обусловлен квадрупольными моментами РЗ ионов и для целого ряда РЗ ионов оправдано "эффективное" квадрупольное приближение.

На базе симметризованных упругих констант С^ =25, С0 =11, С^ =1.7 (в единицах 105 К/ф.е.), рассчитанных из литературных данных в предположении сц^св, определены МУ коэффициенты Ви Ва7ог, нормированные на параметры Стевенса со, для РЗ ванадагов и РЗ фосфатов (таблица 2), которые для большинства РЗ цирконов сравни

Таблица 2. Коэффициенты А^З(Дсме/сУ АОго и А2=3(АаМЕ/а)/Д02о и МУ коэффициенты Ва1/о^ и В"2/«; д ля РЗ цирконов.

ЯУ04 А,, А2, Ва7а;, В^/а,,

Ю-2 10'2 Ю3К 103К

РтУ04 0.97 -1.31 -6.89 6.57

ШУ04 0.56 -0.42 ' -0.90 2.95

ТЬУ04 0.75 -1.02 -5.40 5.13

ЦуУ04 0.93 -1.16 -5.79 6.10

НоУ04 1.14 -1.12 -4.31 6.71

ТтУ04 0.49 -0.59 -2.80 3.14

ТЬР04 -1.25 0.75 -7.16 5.43

ТтР04 -1.25 1.25 -4.66 7.05

Рис. 6. Экспериментальные и рассчитанные в кватрунольном приближении МУ вклады Асмц/с (а), АДамг/а (б), А^о (в) для 11У04 (вверху) и ИР04 (внизу): 1-Щ 2-ТЬ, З-Тт, 4-Но, 5-Рт, 6-Оу, 7-ТЬ, 8-Тш (А=А,/А2~-] и А)~10"2).

Т,К

О 100 200 300

'Г, к

мы по величине и имеют противоположные знаки. Подчеркивается, что полносимметричные МУ коэффициенты для РЗ ванадатов и фосфатов, определенные при исследовании теплового расширения, парастрикции и упругих свойств, хорошо согласуются между собой. Отмечается, что знаки МУ вкладов для параметров а и с в РЗ фосфатах и в РЗ ванадатах прямо противоположны, а МУ коэффициент Ва1/об; и В"2^ при этом сравнимы по величине и имеют одинаковые знаки для двух изоморфных структур. Это связано с разными знаками параметра КП второго порядка в фосфатах и ванадатах, так что член КП аЩ стабилизирует в качестве основного состояние с положительным квадрупольным моментом 02о=а.]<02> при (ванадаты) и с отрицательным при >0 (фосфаты).

Приведены результаты исследования МУ аномалий теплового расширения РЗ тетрагональных ионных соединений со структурой шеелита ЬИ^ (141 /а), представляющие интерес в плане сравнения их с РЗ цирконами и позволяющие провести оценки справедливости квадруиольного приближения в структуре шеелита, для которой имеются расчеты МУ коэффициентов различных порядков в модели обменных зарядов [8]. Зависимости Да/а и Ас/с для шеелитов ИВД (Д=Тш, Но) заметно отклоняются от соответствующих зависимостей УЬиЕ}, которые обнаруживают дебаевское изменение параметров с температурой (для ШтЕ|, например, МУ вклады при 10 К составляют Асмп/сИ.З-Ю'4, Аа.м[/а=^1.5 10^). Расчеты в мультипольном приближении для ШшЕ4 с использованием рассчитанных МУ коэффициентов правильно воспроизводят знак, величину и особенности температурной зависимости МУ поправок к параметрам решетки. Сравнение результатов для РЗ шее:лггов и РЗ иирконов показывает, что МУ аномалии теплового расширения в двух матрицах примерно одинакова, а величины МУ взаимодействия сравнимы.

Шестая глава "Магнитоупругие аномалии упругих констант и ЛЕ-эффект тетрагональных редкоземельных соединений (структура циркона, ВТСП со структурой 1-23)" посвящена исследованию упругих свойств РЗ оксидов в отсутствие и при наличии магнитного поля. Вклад РЗ иона в температурные зависимости упругих постоянных СМ(Т) и ДЕ-эффект ДСМ(Н) рассчитывались на основе гамильтониана (1) через деформационные воспрштмчивости у4, (ц = а, у, 8, е)

с^-^)^, опа^^щ^^ (2)

которые рассчитывались численно, исходя из спектра и волновых функций РЗ иона в поле с у тегом гамильтоштана квадрупольных взаимодействий Щ.

Обнаружено, что поведемте модуля Юнга ДЕ/Е РЗ цирконов с температурой качественно и количественно сильно различаются при наличии и в отсутствие ЯТ корре-

ляций. Для реального ТЬР04 и виртуального Т1ПРО4 ЯТ эластиков наблюдается сильное смягчение модуля Юнга при понижении температуры (ДЕ/Е~0.33 и ДЕ/Е-0.24), а для фосфатов другой группы (Ву-Ег, УЬ) (рис. 7) наблюдаемое смягчение модуля значительно меньше (ДЕ/Е«5-10~3 для БуР04) и сопрововдается резким увеличением жесткости решетки при понижении температуры ниже п-50 К. Смягчение модуля Юнга ТЬ и Тт фосфатов на порядок величины превышает изменение ДЕ(ГуЕ других фосфатов и их поведение близко к критическому, т. е. выполняется (или почти выполняется) условие реализации СФП ^Хд^С^ дня восприимчивости %8, которая дает основной вклад в модуль Юнга этих фосфатов. Для ТЬР04 неограниченно возрастает при нюких температурах, а для ТП1Ю4 зависимость 1/хгСО проходит через минимум при Т«20 К, так что С6<1/ха и поведение остается надкритическим.

. Поведение фосфатов РР04 (11=Е)у-Ег, УЬ) далеко от критического, а основной вклад в модуль Юнга дает деформационная восприимчивость асимметрии Ха, которая имеет экстремум в районе 50-60 К, также как и экспериментальные зависимости ДЦТуЕ. Изменение величин аномалий ДЕУЕ по ряду РЗ фосфатов в первом приближении описывается изменением ул (алектронной струетуры РЗ ионов) с использованием известных МУ коэффициен-

0.012

0.00В

М 0.004 ш <1

0.000

-0.004

-0.008

3 '--Л х

2

1-уро4

2 - УЬР04

3 -ЕгР04

4 - НоР04

5 - ЭуРО.

о

40

80

тов В"1 и В"2, а рассчитанные величины

Т, К

Рис. 7. Зависимость от температуры модуля Юнга АЕ/Е РЗ фосфатов ИРСЬ.

низкотемпературных аномалий [АЕ(4.2 К)/Е -(ДЕ^/Е)^] согласуются с наблюдаемыми на эксперименте (~2Ю"2 и 1.8-10"2 для БуРО.,).

Исследовано вшшше магнитного поля на упругие модули РЗ цирконов - ДЕ-эффекг -как при наличии, так и в отсутствие ЯТ корреляций. Показано, что ЯТ корреляции приводят к. дополнительному усилению квадрупольных эффектов для магнитного поля вдоль определенных направлений, когда индуцируются сильно коррелирующие локальные деформации. Для РЗ фосфатов 11ГО4 (К=ГЬ-УЬ), имеющих различные температурные зависимости модуля Юнга, обнаружено большое разнообразие величины и характера полевых зависимостей изотерм ДЬ>эффекта.

Для фосфатов, поведение которых близко к критическому, ДЕ-эффекг существенно больше по величине, характеризуется значительной анизотропией и немонотонными полевыми и температурными зависимостями и сильно зависит от величины кон-

сганты квадрупольных взаимодействий (У. Особенности АЕ-эффекта фосф;ггов, поведение которых далеко от критического, рассмотрены на примере DyPGi, для которого ДЕ-эффект (ДЕ(НУЕ»1.2-10"3 при Т~25 К и Н=40 кЭ) квадратичен по Н и имеет немонотонную температурную зависимость. Проведены численные расчеты продольного АЕ-эффекта для различных РЗ ионов в структуре циркона для всех допустимых симметрией деформационных восприимчивостей ДхДН). Показано, что для ТЬРО.4 и ТтР04 наибольшее изменение в магнитном поле Н||[110] испытывает деформационная восприимчивость Xs, которая правильно описывает величину и знак эффекта, а расчеты в отсутствие и при наличии константы G® позволяют оцентггь роль ЯТ корреляций.

Исследованы МУ аномалии упругих констант поликристаллов ОуВагСизО^ (5=0.1,0.9) с целью сравнения МУ эффектов для разных структур. Для тетрагонального и ромбического образцов обнаружено смягчение модуля ДЕ/Е-1.5-10"2 с понижением температуры ниже 70 К, не сопровождающееся особенностями внутреннего трения. Магнитное поле вызывает увеличение модуля Юнга, величина эффекта (ДЕ/Е-2- Ю"3 при Т=4.2 К и Н=40 кЭ) квадратично зависит от поля и падает с ростом температуры. Расчет на основе известных параметров КП ОуВа^СщОб? [9] показывает, что поведение ДЕ(Т)/Е определяется конкуренцией восприимчивостей Ха 11 изменения которых имеют разные знаки. Сравнение с экспериментом позволяет сделать сравштгельные оценки величин МУ коэффициентов Вц и констант парных квадрупольных взаимодействий К'1 для рагтичных снмметрипных мод. Наблюдаемая величина смягчения модуля Юнга и отсутствие сильного поглощения не позволяют предполагать наличие СФП ферродисторсионного типа, но не исключают возможности более сложного СФП.

Седьмая глава "Фазовые переходы и фазовые диаграммы в редкоземельных цирконах сложного состава" посвящена исследованию спонтанных и индуцированных СФП в разбавленных и замещенных РЗ системах.

Вначале обсуждаются МУ свойства системы DysYi_xV04, представляющей интерес в связи с вопросом о применимости приближения молекулярного поля и роли неоднородных механических напряжений и эффектов ближнего порядка. Исследованы модули Юнга системы DyxYi.xV04, дающие информацию о зависимости мягкой упругой консташы (сц-сп) от Т и I I. Для образцов с х>0.5 на зависимостях ДЕ(Т)/Е обнаружены глубокие минимумы ~20%, а для образцов с х<0.35 - сильное смягчение модуля, сопровождающиеся возрастанием акустических потерь q''(T) при низких температурах. Таким образом, критическая концентрация КЭЯТ составляет Хс=0.4 и исследованные образцы с х<0.35 являются виртуалытыми эластиками, а с х=0.5 - на грани срыва КЭЯТ. На изотермах намагниченности М[щ(Н) образцов с х>0.5 обнаружен вклад ДМ~Н3, обусловленный ЯТ взаимодействием. Исследовано влияние замещения и роли ЯТ взаимодействия на продольную стрикцию Aj кристаллов DyxYi.xVO.}. Обнаружено, что стрикция Ац в

системе ОухУ^УО} при х>0.2 не является одноионной, а на её величину и характер полевых и температурных зависимостей существенное влияние оказывает ЯТ взаимодействие.

Для количественного сопоставления теории и эксперимента проведены численные расчеты средней деформации аг и магнитного момента ¡3"х в рамках псевдоспинового формализма с учетом случайных деформаций. Поведение зависимостей ЛЕЛЕ при замещении ЯТ ионов Бу^ на У3+ достаточно хорошо описывается рассчитанными кривыми сй^/сЦ1, которые определяют мягкий модуль системы 1)ухУ1_хУ04. Исследовано влияние на критические температуры СФП случайных деформаций различной симметрии, необходимое для корректного описания свойств реальных кристаллов.

Описано исследование стимулированного КЭЯТ в (фисталле виртуального ЯТ эластика ТП1РО4, при кагором мапмшое поле и индуцируемая деформация имеют разную симметрию, с помощью измерения магнитострикции вдоль различных кристаллографических направлений в импульсных магнитных нолях. Обнаружено, что для ЩЮО] деформация В^-тина мала (^юор-Ю"5), а деформация Вго-типа'достигает величины спошанной деформации при СФП (Дрюр-Ю"3) и на зависимостях Ащо](Н) при Т=4.5 К наблюдается резкое возрастание в шлях больше критического ЦлбО кЭ. Таким образом, магнитное поле ЩЮО] стимулирует СФП В28-типа в ТтР04 и симметрия магнито-стрикцио! той деформации не совпадает с симметрией магнитного поля.

В приближении молекулярного поля на базисе четырех нижайших состояний рассчитаны температурные и полевые завис! мости параметра порядка Бг, пропорционального ромбической деформации В2„-типа, показывающие, что при Н>Н™'«50 кЭ параметр Бг отличен от нуля. Величина кршического поля ЩТ) резко возрастает при приближении к критической температуре Т<«21 К. Отмечается, что эффекты, аналогичные описанным, додшены наблюдаться также в разбавленных кристаллах ТЬхСс^УО^ в которых можно получить любую величину параметра ЯТ корреляций, меняя концентрацию ионов ТЬ34.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование СФП в системе 0ухТЬ[.хУ04, в которых ЯТ ионы 1Эу и ТЬ вызывшот ромбические искажения В1„- и Ватинов, соответственно. Эта исследования представляют интерес в связи с вопросом о характере СФП, фазовой диаграмме и возможности состояния типа "ян-теллеровского стекла" в системах с конкурирующими ЯТ искажениями. Температурные зависимости ДЕ(Т)/Е системы 0ухТЬ|.хУ04 обнаруживают минимумы, причем температуры СФП уменьшаются при уменьшении как концентрации Бу, так и ТЬ, а величина смягчения модуля ДЩТ)/Е немонотонно зависит от концентрации х. Особенности поведения ДЩТуЕ системы Е)ухТЬ1.хУ04 связаны с наличием двух мягких модулей, а концентраци-

онная зависимость величины смягчения позволяет определить критические конценгра-ции ионов Е)у и ТЬ для возникновения СФП В^- и В2г-типов.

Ретптенографические■ исследования параметров элементарной ячейки на поли- и монокристаллических образцах 0ухТЬ1_хУ04 с 0.3<х<0.6 свидетельствуют о возникновении 11иже ^(х) искажения структуры В28-типа, величина которого е^а'-Ьуа' зависит от х (е=910 3 и 8=4-10"3 для х=0.5 и 0.6, соответственно). Магнитная восприимчивость поли- и мопокристаллических образцов 0ухТЬ1.хУ04 с 0.3<х<0.6 обнаруживает две аномалии - отклонения от закона Кюри-Вейсса к оси абсцисс - при Т^ (Н|;[110]) и Т^Т^ (Н||[100]), температуры которых совпадают с ТсЬ Тд, определенными из рентгеновских и атлетических измерений. По результатам комплексных экспериментальных исследований построена ФД системы 0ухТЬ]_хУ04 (рис. 8).

Теоретический анализ свойств системы 1ЭухТЬ1.хУ04 вьптолнен с учетом взаимодействия каждого ЯТ иона 1Эу и ТЬ с обеишт ромбическшш модами. Для параметров порядка получена система уравнении, которые содержат парамегры молекулярных полей, создаваемых взаимодействиями между одинаковыми (Ап, А**) и между разными (Вд, В^)

ионами. Взаимодействие между ионами Е)у и ТЬ (В72, В1") сдвигает фазовые границы и меняет критические концентрации ионов Е)у и ТЬ для возникновения СФП В]„- и В2„-типов (рис. 8). Поскольку для ионов ХУу и ТЬ критические концентрации х^, (1-Хс2)<0.5, фазовые границы для переходов В^- и В2„-Т1шов пересекаются, т. е. имеется область, где сосуществуют два СФП. Таким образом, в системе 1)ухТЬ1.хУ04 имеется область концентраций, где реализуется фаза с сосуществующими параметрами порядка различной симметрии, а ЯТ искажения, формируемые ионами Е)у и ТЬ, слабо подавляют друг друга. Следовательно они не являются конкурирующими в системе, для которой сравнимые по величине взаимодействия с В^- и Вг»- ромбическими модами реализуются для ионов, расположенных в разных узлах решетки.

Восьмая глава "Анализ однотонных маппггоупругих и парных квадрупольных взаимодействий в формализме восприимчивостей" посвящена исследовашпо различных взаимодействий в ЯТ системах в формализме обобщенных восприимчивостей. Магнитные и мапштоупругие свойства РЗ цирконов в КП тетрагональной симметрии рассмат-

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Рис. 8. Экспериме1 пальная (символы) и теоретическая (лшнш; 1-В/^=2.2 см'1, Вхл= 3.2 см-'; 2-В^=5.4 см4, В^8.2 см"1) фазовая диаграмма системы Е)ухТЬ1.хУ04.

риваются в рамках полного гамильтониана 36=3^-36^-36^^Но, учитывающего все актуальные взаимодействия.

Вначале описано согласованное определение констант взаимодействия в ТЬРО), знание которых является существенным доя понимания сложных магнитных свойств в упорядоченной фазе, поведение которой определяется конкуренцией различных взаимодействий. Из данных по магнитной восприимчивости определены набор параметров КП и параметр билинейных взаимодействий 0*. Положительная восприимчивость третьего порядка Хм'вдсть 0011 [НО] свидетельствует о значительных квадрупольных взаимодействиях с параметром С5-90 мК. .<,;:,

Исследованы различные МУ моды для магнитного поля вдоль осей [100], [110], [001] и [101], определены значения МУ коэффициентов (таблица 3.) для средних по серии значений упругих констант (в единицах 105 К: Сц=10, С®=2.1 и С®=7.8, и С^1 =24, С^-11 и Сц 12=1.6) и впервые для структуры циркона установлена их иерархия. По

лучено экспериментальное дока-Таблица 3. МУ коэффициенты В7о, и Ша* нор- зэтельсшю существования значи-мированные на параметр Сгевенса а* и МУ вкла- тельнь[х Му взаимодействий ада ^ме и ^е в коэффициент парных квадру- симметрш1 в рз щфК0Иах, кош-польных взаимодействий для полносимметричных рые иссшедованы с помощью маг-

нитостртпщии для двух экспериментальных конфигураций Н|| [001] и Н||[100], дающих одинаковые значения МУ коэффициентов. Подчеркивается, что в ТЪРО» МУ взаимодействие а-симмеггрии дает существенный вклад в эффективный коэффициент КП второго порядка который зависит от температуры и обусловливает изменение положения нижних уровней иона ТЪ^ в тетрагональной фазе в отсутствие ФП. После нормировки на параметр а;,вЛЪГО4 получены значения МУ коэффициентов, которые являются характеристиками всего РЗ ряда фосфатов (таблица 3). Значения Н/|е8|1/2 (е^АрюгЧ-по])^ заметно меньше наблюдаемых для а- и у-мод (рис. 9), что указывает на доминирующую роль 8-моды в ТЪГОф Значительная величина МУ вклада С^ =100±10 мК обусловлена в основном упругой константой С®, ко-

(а!, а2) и низкосимметричных (у, 5, е) МУ мод.

К НЦШ]; моды В"7ал 103К В02/^ 103К О а МЕ шК 103К МЕ птК

ть [001]; а -6.8 4.6 4.4

[100]; а -6.8 4.6 4.4

[100]; у 9.9 10

[110]; 5 -14.4 100

[Ю11;е 2.6 1

Тш [001]; а [Ю0];у [1101; 5 -6.8 4.6 4.4 7.7 -15.4 6 116

Но [001]; а [100]; у [ПО]; 5 -4.05 6.3 0.2 13.5 -24.3 0.9 13.9

торая примерно в пять раз меньше, чем С^. Определен параметр полных квадруполъных взаимодействий С8=70±20 мК, который составляег —2/3

Согласно найденному значению С5=70 мК, в ТЬР04 должно реализоваться квад-руполыюе упорядочите при температуре 2.1 К, где обратная деформационная восприимчивость удовлетворяет условию 1/х8=С8 (рис. 10). Таким образом, поведите ТЬР04 описывается в предположении доминирующих билинейных взаимодействий (0*=-3.2 К), обуслоапивающих антиферромагнипюе упорядочение при Т^=2.25 К. Квадруполь-иые взаимодействия 5-симметрии загем приводят к упорядочению квадрупольной компоненты <РХ>> при несколько меньшей температуре. Проведенный анализ подтверждает, что низкотемпературное поведение (ниже 6-7 К) является результатом сложного сосуществования многочисленных взаимодействий: кристаллического поля, МУ вклада а-симмегрии, билинейных взаимодействий со спиновыми фпуктуациями в дополнение к возможным внутренним напряжениям.

Описано исследование в формализме восприимчивосгей виртуального ЯТ эластика ТтРО.1, состояние которого близко к критическому. Необычное поведение ЯТ синглет-дублет-синглетных систем во внешнем магнитном поле вдоль неактивного ЯТ направления и сложные (Н-Т) фазовые диаграммы были предсказаны теоретически [10], но экспе

о о

-С

Л -О

Ж

е

200

100

' /Г 1 I ' /ТЬРО. -ТтР04 -

/ - / 800 / 70 400 Дт0 0 * т 1 - търоу/ /

1 юо ,

200

10

20

30

Т,К

Рис. 9. Экспериментальные (точки) Рис. 10. Деформационная восприимчивость 8-и рассчгттанпые (линии; сплон шые - симметрии в ТЬР04 и ТтЮ4. Параметр С5=70 тК С~70 шК, пунктир - Сь=0) зависи- для ТЬЮ4 обусловливает квадруполыюе упорядо-мости парастрикции 5-симметрии. чение <РЧ> при 2.2 К, а значения Сй= 130 К для

ТтГО4 недостаточно для такого упорядочения.

риментально никогда не исследовались. Магнитная восприимчивость третьего порядка и парастрикция ТтРОд отчетливо показывают, 1гто преобладающими являются квадру-польные взаимодействия 8-симметрии. Положительная величина х^' вдоль оси [110] свидетельствуег о значительном квадрупольном взаимодействии С8=123 тК, тогда как

вдоль оси [100] Ху отрицательна и не очень чувствительна к квадруполышм взаимодействиям (рис. 11). Вдоль оси [001] положительна и очень мала (1.5-1СГ8 ря/кЭ3), что по

аналогии с НоУС>4 (см. далее) является предвестником кроссовера в сильном поле.

МУ коэффициеты в ТтГО4 ДОя полносиммелричных и нгакосиммеяричных мод близки по величине к найденным в ТЬРО< (таблица 3) и доминирующим также является взаимодействие 5-симметрии (Ош =116 тК). Учет С0 приводит к существенному увеличению парастрикции е5 и к появлению на зависимости Н/]г6|1й минимума вблизи 18 К. Параметры МУ взаимодействия Б-симметрии, найденные различными

Го ог= 0 ТтР04

20 1 1 1 1 [ПО] -

,123 тК

0 - 06=а-- - - **.......

—' | 1

0.0

-0.2

20 40 Т, К

60

Рис. 11. Экспериментальные (точки) и методами, хорошо согласуются: коэффици-рассчитапные (кривые) зависимости вое- ент в5 меняется от 123 до 135 шК с почти приимчивосги третьего порядка вдоль нулевым вкладом К6, т. е. для ТтЮ4 елно-осей [001], [100] и [110]. Ше[Ше С^/К.8 не совпадает с теоретиче-

ским значащем -1/3, Все обсуждаемые взаимодействия в ТтРС>4 не достаточно сильны, чтобы привести к упорядочению соответствующего параметра порядка. В частности, температурная зависимость х^ обнару-лшвает в районе 20 К минимум порядка 149 тК, который больше экспериментального значения в5, составляющего —80-90% от критического (рис. 10).

Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования индуцированного и стимулированного КЭЯТ в ТтРО), а также эффектов пересечения уровней в сильном магнитном поле с использованием определенных из эксперимента параметров взаимодействия. Получено хорошее описание кривых намагничивания М(Н) для Н|[110] с характерными точками перегиба при Н<а25 кЭ, определяемыми квагщупольньши взаимодействиями С6, которые обусловливают дополштгельный вклад в намагниченность ~1 ре в сильных полях. Для Щ001] обнаружено пересечение уровней при Н«320 кЭ, сопровождающееся скачком намагниченности ~4 ^ и приводящее к характерной зависимости Х^ОО в слабых полях.

На примере виртуального ЯТ эластика ТтРС>4 экспериментально и теоретически исследован стимул! фованный КЭЯТ в электронной системе, близкой к критическому состоянию, под действием внешних напряжений, имеющих другую симметрию, чем параметр квадруполыгото порядка. Роль внешних напряжений - магнитного поля вдоль оси [100] - состоит в приведении квадрупольной компоненты 5-симметрни к критиче-

скому состоянию за счет перестраивашга как схемы уровней, так и, главным образом, волновых функций. Рассчитаны аномалии термодинамических свойств при этом переходе с учетом всех особенностей магнигоупругого взаимодействия и смешивания в КП.

"я i

0.4

0.2 7

0.0

12

ТгпРО. -4

G =130 тК

О - magnetic moment ♦ - magnetostriction

8-Orthor

5 « 4

H||[100]

Tetra

_L

60

40

f-Д

о a.

20

Ц0н, T

о

16

24

т, к

Рис. 12. Экспериментальные (точки) и

рассчетшшые (линии; 1-Фц=0, 2-Фн=2 Рис. 13. Структурная фазовая диаграмма град.) зависимосга производной <ЗМ/сИ для тетрагональной симметрии и орто-ддя Н]|[100] при различной разоринтации ромбической 8-симметрии, стимулиро-поля в базисной плоскости от оси [100] ванной магнитным полем Н[![100]. (кривая при 19 К смещена на -0.15).

Детально исследованы аномалии малнтпгых и маплгтоупрутх свойств. Основное изменение парамагнитного момента при стимулированном КЭЯТ состоит в сильном вращении его от направлагая поля [100] к оси [110], связанной квадрупольным упорядочением <РХл>. Изменение компоненты парамагштгаого момета, параллельной полю, при этом мало и проявляется только в виде небольшой аномалия типа скачка на на нолевой производной намагниченности при температурах ниже 19 К (рис. 12), которая аналогична рассчитанной с параметром Сл=130 тК (соответствующие значения поля указаш>1 на фазовой диаграмме рис. 13). Вращение парамагнитного момента для Н)][100] в полях больших критического в стимулированной ромбической фазе составляет ~20.4°, и приводит к появлению в полях выше критического компоненты намагниченности, перпендикулярной полю М^{=1.7 /.¡а которая является прямым признаком стимулированного КЭЯТ. Характерные аномалии, обусловленные стимулированным КЭЯТ, обнаружены также на полевой зависимости магнигострикции е^ для температур ниже 19 К.

Значештя критического поля, наблюдаемые при измерениях магнитного момента и магпитострикции, близки и правильно описывают низкополевую границу между тетрагональной и оргоромбической фазами на рассчитанной структурной фазовой диаграмме (рис. 13). Обнаружено, что на структурной фазовой диаграмме имеются воз-

вратные переходы между тетрагональной и оргоромбической симмелриями в достаточно сильных магнитных шлях (>60 Т), которые не предсказывались в рамках псевдоспи-новош формализма. Наблюдаемые на эксперименте аномалии вектора магнитного момента и магаитострикции, обусловленные стимулированным КЭЯТ, хорошо описываются в рамках используемой модели. Показано, что одновременные измерения компо-не1гг магнитного момента, параллельного и перпендап^лярного полю, являются дополнительным экспериментальным методом, эффективным для исследования квадруполь-ных взаимодействий.

В последней главе "Эффекты кристаллического поля в редкоземельных соединениях со структурой циркона" представлены результаты исследования таких РЗ магнетиков, в .которых ЯТ взаимодействия не являются достаточно сильными для того, чтобы привести к квадрувдльному упорядочению, но обусловливают при этом заметные МУ эффекты.

Описано исследование эффектов КП в НоУО( в рамках формализмов восприимчивостей и кристаллического поля и проведен сравнительный анализ МУ взаимодействий для РЗ ванадагов и РЗ фосфатов. Магнитная восприимчивость третьего порядка отрицательна и анизотропна в базисной плоскости, при этом квадрупольное взаимодействие От увеличивает предпочтение магнитного момента к оси [100]; для оси [001] хм положительна и имеет характерную зависимость с максимумом вблизи 16-20 К (рис. 14). Сравнение экспериментальных и рассчитанных зависимостей параслрикции еа1, е"2, ет, £й для различных МУ мод дает значения МУ коэффициентов и МУ вкладов, приведенных в таблице 3. Для близких значений ¡ВЧ=33.5 к и ЬС—0.3 тК получено также хорошее согласие рассчитанной и экспериментальной зависимостей упругой константы С(Г). Значения МУ взаимодействий, определенных различными экспериментальными методами, хорошо совпадают. Все МУ взаимодействия в НоУО.) являются недостаточно сильными, чтобы привести к квадрупольному упорядочению.

Подробно исследованы особенности пересечение уровней и обуловленных им аномалий магнишых характеристик (намагниченности и диффсренициальной восприимчивости) в НоУО| для Щ001]. Получено хорошее описание в скачков на экспериментальных изотермах намагниченности ~8 ра и максимумов дифференциальной восприимчивости в критическом поле 11.4 Т, обусловленных кроссовером, рамках КП на базе определенных го эксперимента параметров взаимодейгсвия. Обнаружен двухступенчатый характер кроссовера, при низких температурах, который отчетливо проявляется на производной с1М/с1Н (рис. 15), и причиной которого может быть, например, наличие не-ЭКВИВалС! пт1ых позиций для 4Г-и01ю£.

11 12

11 12

1 0.1 к _ и • ...,.!■ к 1 НоУО •• _ Г- 1 0.3 К V 1 1

0.5 К :: 1 1 1 [001] * - 1 л 1 0.9 К/\ „

15 Ю

СО а.

К"

-о

10 5

10 11 12

Н.,Т 1

11 12 13

20 40

Т, К

Рис. 15. Экспериментальные (точки) и рассчитанные (кривые) производные намагниченности по полю при низких температурах.

Рис. 14. Экспериметальные (точки) и

рассчитанные (пунктир - 0'=0, сплошные Найдено, что в РЗ фосфатах (ТЬРС>4,

- Су-1.4 тК) зависимости магнитной вое- ТтР04) и РЗ ванадатах (НоУ04) для полно-приимчивости третьего порядка вдоль оси симметричных еа1, е"2 и нпзкосимметрич-[001 ] и в базисной плоскости. ных ет, е5 деформаций знаки одинаковы, а

абсолютные величины не слишком отличаются между собой (таблица 3), но при этом е™1, гсС в -20-^50 раз больше, чем, например, в тетрагональных ИА^ [11]. Таким образом, замена V на Р внутри кислородного каркаса ячейки циркона сильно меняет коэффициент КГТ второго порядка но не меняет его производные по деформации.

Проведен анализ состояния различных РЗ ионов и эффекта Зеемана в тетрагональном КП структуры циркона, который предсказывает многочисленные эффекты пересечения уровней в сильном и сверхсилыюм магнитном поле. Впервые экспериментально и теоретически исследован эффект пересечения уровней иона УЬ3+ в парамагнитном УЬР04 в сверхсильном магнитном поле до 400 Тл, полученном взрывным методом. Для Н][001] обнаружен широкий максимум дифференциальной восприимчивости сНУШН в поле Нс«280 Тл, обусловленный кроссовером. Показано, что в УЪГОд основной уровень (^~2) пересекается нижним уровнем первого возбужденного дублета, для которого г-комлонагга g-тензopa в отсутствие магнитного поля существенно меньше <0.1), но в поле происходит сильное возрастание его & из-за сильного примешивания к нему состояния |+7/2> от третьего возбужденного дублета, принадлежащего к тому же

представлению. В предположении адиабахичности намагничивания в импульсных полях рассчитаны кривые намагничивания и дифференциальной магнитной восприимчивости вдоль различных осей симметрии, а также магнигокалорический эффект, который для Щ001] имеет немонотонную зависимость от поля и сопровождается значительным охлаждением (~20 К) кристалла вблизи кроссовера. Отмечено, что исследования эффектов пересечения энергетических уровней дают существенную информацию о спектре и волновых функциях РЗ иона и направлены, в конечном счете, на исследование КП.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы и кратко изложена точка зрения автора на дальнейшие перспективы исследований РЗ оксидов с силытыми-ЯТ корреляциями и возможные аспекты их практических применений. 1

Основные результаты и выводы .

1. Обнаружены и систематически исследованы аномалии магнитных свойств -намагниченности, магнитных восприимчивосгей первого и третьего порядков и др. -обусловленные ЯТ корреляциями или КЭЯТ. Детально исследован вклад ЯТ корреляций в намагниченность РЗ цирконов в области структурного ФП, его зависимость от типа РЗ иона, величины ЯТ взаимодействия, температуры, доменного состояния образца и т. д. Исследована анизотропия магнитной восприимчивости в тетрагональной и структурно упорядоченной фазах и установлена ее связь с кристаллическим полем, с билинейными и ян-теллеровскими взаимодействиями, что позволило определить значения параметров актуальных взаимодействий для исследованных РЗ оксидов.

2. Впервые экспериментально и теоретически исследована магнигострикция ЯТ магнетиков со структурой циркона. Обнаружен эффект усиления магнитострикции X до гигантских величин ~10"3-10"2 за счет ЯТ корреляций и расходимость коэффициента магнитострикции сЗ/Ш(Н2) в области КЭЯТ. Для рааличных групп РЗ цирконов, характеризующихся усилением или подавлением ЯТ корреляций магнитным полем, детально исследованы зависимости магнитострикции от ориентации магнитного поля, температуры, доменного состояния, механических напряжений различной симметрии и т. д., а также влияние различных факторов на подавление расходимости с1Ш(Н2) в реальных кристаллах.

3. Впервые экспериментально исследованы МУ аномалии теплового расширения в редкоземельных ЯТ магнетиках с тетрагональной структурой, обусловленные полносимметричными МУ взаимодействиями. Дано теоретическое описание МУ аномалий дня РЗ оксидов с различными структурами (РЗ цирконы, РЗ шеелиты), коюрое позволяет разделить эффекты, обусловленные элекфонной. сгрукгурой РЗ иона и свойствами матрицы, проанализировать их изменения по РЗ ряду, между изоморфными структура-

ми и для разлитых кристаллических структур. Определены значения полносимметричных одноионных МУ коэффициентов В1*1 и В<<2 для серии РЗ ванадатов и фосфатов, прослежены их изменения по РЗ ряду и между изоморфными структурами. Проведен анализ справедливости квадруполыюго приближения для РЗ цирконов: рассчитаны все мультипольные моменты РЗ ионов в рамках кристаллического поля, установлена их иерархия и вклады в полносимметричные МУ моды и получены оценки мультипалыгых МУ коэффициентов.

4. Экспериментально и теоретически исследован МУ вклад в упругие константы и влияние магнитного поля на упругие константы для РЗ оксидов с различными структурами (РЗ цирконы, ВТСП 1-2-3) как при наличии, так и в отсутствие Ж корреляций. Обнаружено, что поведение упругих констант РЗ цирконов с температурой качественно и количественно сильно различаются при наличии и в отсутствие ЯТ корреляций, а ЯТ корреляции приводят к дополнительному усилению квадрупольных эффектов для.маг-нитного поля определенной симметрии. Проанализирована зависимость МУ вклада в упругие константы АО'(Т) и ДЕ-эффекта ДС(Н) от. электронной структуры РЗ иона описываемой деформационными воспрнимчивосгями (|л=ос, у, 8, е) различной симметрии, одноионных магнитоупругих и парных квадрупольных параметров взаимодействия, их изменение по РЗ ряду, между изоморфными структурами и для различных кристаллических структур.

5. Выполнен цикл исследований фазовых переходов и фазовых диаграмм в РЗ цирконах сложного состава (0ухУ]ЛУ04, ТЬхСс1|.хУ0.1, ОухТЬ^УОД направлештых на выявление роли более слабых ЯТ мод, взаимодействия между различными ЯТ подсистемами, механических напряжений различной симметрии, эффектов ближнего порядка и т. д. Обнаружено, что в системе Е>ухТЬ1.хУ0.4 имеется область концентраций, где реализуется фаза с сосуществующими параметрами порядка различной симметрии, а ЯТ искажения, формируемые ионами Е>у и ТЬ, слабо подавляют друг друга в системе, для которой сравнимые по величине взаимодействия с различными ромбическими модами реализуются для ионов, расположенных в разных узлах решетки. Впервые в редкоземельных ЯТ магнетиках наблюден новый тип СФП - стимулированный внешним магнитным полем КЭЯТ - в котором внешнее магнитное поле и индуцируемая деформация имеют разную симметрию (виртуальный ЯТ эластик ТтРО.1).

6. Проведено систематическое исследование различных эффектов кристаллического поля для полносимметричных и низкосимметричных МУ мод. Обнаружен и экспериментально исследован эффект пересечения уровней (кроссовер) в структуре циркона в сильных (ПоУО), Н<160 кЭ) и сверхсильных (УЬР04, ЬЫООО кЭ) магнитных шлях и детально изучены особенности его проявления ей магнитных и магнитоупругих характеристиках в изотермическом и адиабатическом режимах. Впервые для различных но-

нов в структуре циркона исследованы аномалии магнитной восприимчивости третьего порядка в слабых полях, обусловленные кроссовером й ЯТ взаимодействиями. '

7. Впервые дня структуры циркона получены экспериментальные данные об од-ноионном магаигоупруг ом и парном квадрушльном взаимодействиях для всех МУ мод с использованием различных экспериментальных методов: парастрикции, магнитной восприимчивости третьего порядка, упругих констант, тетшовогб расширения. Определен полный набор соответствующих констант взаимодействия для всех симметрийных мод для различных РЗ ионов в структурах ванадага и фосфата, установлена иерархия МУ взаимодействий, прослежено их изменение по РЗ ряду и между изоморфными структурами, выявлена роль более слабых МУ мод для различных МУ эффектов и их влияние на фазовые переходы и характерные параметры фазовых диаграмм.

8. Впервые к исследованию машигоупругах и квадруполышк взаимодействий и описанию всей совокупности МУ эффектов в РЗ оксидах применен формализм обобщенных восприимчивостей. Проведено сравнение результатов, полученных в рамках различных методов - псевдоспинового формализма, формализма кристаллического поля и обобщенных восприимчивостей - с целью уточнения границ применимости каждого из указанных формализмов.

9. Развит подход к изучению МУ эффектов, обусловленных одноионным мапш-тоупругим и парным квадрупольным взаимодействием, позволяющий определить параметры актуальных взаимодействий и описать поведение всего РЗ семейства с данной структурой в рамках единого метода: предсказать наличие или отсутствие СФП и его тип, проследить изменение параметров актуальных взаимодействий по РЗ ряду и между изоморфными сериями, а также рассчитать характерные зависимости МУ эффектов от магнитного поля, температуры, концентрации, механических напряжений и т. д.

Основные публикации по теме диссертационной работы

1. Казей 3. А., Леванидов М. В., Соколов В. И. Емкостной датчик для измерения маг-нтострйкции малых образов. - ПТЭ,1982, N1, С. 196-197.

2. Казей 3. А., Вехтер Б. Г., Каплан М. Д., Соколов В. И. Магнитосгрикция монокристалла DyV04. - Письма ЖЭТФ, 1986, Т. 43, С. 287-290.

3. Казей 3. А., Соколов В. И. Влияние магнитного поля на структурный фазовый переход в ян-теллеровском кристалле TmV04. - ЖЭТФ, 1986, Т. 91, С. 1799-1S03.

4. Казей 3. А. Влияние ян-теллеровских доменов на тепловое расширение кристалла Dy V04. - ФТТ, 1986, Т. 28, С. 3194-3197.

5. Kazei Z. A, Sokolov V. I. Magnetostriction of RV04 (R=Tm, Dy, Tb) single aystals. -Abs. 3 Int. Corf, on Phys. of Magn. Mater, Poland, 1986, p. 40.

6. Бондарь И. А., Вехтер Б. Г, Казей 3. А., Каплан М.' Д., Мезенцева Л. П., Соколов

В.И. Влияние корреляций локальных ян-теллеровских искажений на магнигосг-рикцию виртуального эластика ТтР04. -ЖЭТФ, 1988, Т. 94, С. 288-291. '

7. Вехтер Б. Г., Казей 3. А,, Каплан М. Д., Милль Б. В., Соколов В. И. Влияние ян-теллеровсетгх взаимодействий на магнитные свойства монокристалла DyVO.t и ТЪУ04.-ФТТ, 1988, Т. 30, С. 1021-1027. 1

8. Васильев А В., Дворникова А Е, Казей 3. А., Каплан М. Д.,'мшшь Б. В., Соколов В. И. Фазовая диаграмма кристаллов DyxTbi_xV04 с'" конкурирующими ян-теллеровскими искажениями решетки. - Письма ЖЭТФ, 1989, Т. 50, В. 2, С. 90-93.

9. Дворникова А Е., Казей 3. А., Соколов В. И. Структурные фазовые переходы в системе DyxTbi_xV04 с ян-теллеровскими искажениями решетки различной симметрии. - ЖЭТФ, 1989, Т. 96, В. 4(10), С. 1444-1452/ ' *

10. Kazei Z. A., Sokolov V. I. Magnetoelastic properties of zircon structure compounds containing RE ions with orbital degenerate electronic states. - Proc. of the 4th Int. Conf. on Phys. ofMagn. Mater. Poland, 1988, P. 444-477. "

11. Dvomikova A E, Kaplan M. D., Kazei Z. A, Mill В. V., Sokblbv V. I., Vasil'ev AV. Structural phase transitions in Jahn-Teller mixed crystals DyxTbi.xV04. - Phys. Lett. A, 1990, V. 147, N2/3, P. 139-141.

12. Соколов В. И., Казей 3. А., Колмакова Н. П., Соловьянова Т. В. Проявление мапш-тоупругого и ян-теллеровского взаимодействий в упругих и структурных характеристиках редкоземельных фосфатов RP04 (R=Y, Tb-Yb) - ЖЭТФ, 1991, Т. 99, Вьш. 3, С. 945-961. "■■■•■

13. Казей 3. А., Колмакова Н. П., Иваненко О. М., Мицен К. В. Особенности электрон-фононного взаимодействия в ОуВагСизО^. - СФХТ, 1991, Т. 4, N11, С. 2159-2164.

14. Вехтер Б. Г., Казей 3. А, Каплан М. Д., Попов Ю. Ф. Индуцированный мапвпиым полем структурный фазовый переход в виртуальном ян-теллеровском эластике ТтР04. - Письма ЖЭТФ, 1991, Т. 54, Вьш. 10, С. 575-578.

15. Kazei Z. A., Kolmakova N. P., Ivanenko О. М., Mitsen К. V. Peculiarities of electron-plionon interaction in DyBajQhOv; - Proc. of the Int. Conf. on High Temp. Super, and Loc. Phen., May 1991, Moscow, USSR, P. 599-604.

16. Kazei Z. A, Kolmakova N. P., Krynetskii I. В., Levitin R. Z., Snegirev V. V. Magnetoe-lasticity of Hig)i-Tc RBa2Qi307.x (R=Dy, Er and Tm) - Physica C, 1991, V. 185-189, P. 927-928.

17. Sokolov V. I., Kazei Z. A., Kolmakova N. P. Effects of quadrupole interactions in rare-earth phosphates RP04(R=Y, Tb-Yb).-Phys. B, 1992, V. 176,P. 101-112.

18. Sokolov V. I., Kaplan M. D., Kazei Z. A, Vasilyev A. V., Dvomikova A E. Coexistence of spontaneous deformations of different symmetry in DyxTbi-xV04 ciystals. - J. Phys. Chem.Solids,!992,V.53,N:5,P.737-745. "

-3219. Васильев А В., Каплан М. Д., Казей 3. А., Соколов В. И. Низкотемпературные магаигоупругае свойства разбавленных ян-теллеровских кристаллов DyxYi-xV04. (DIIГ, 1992,Т. 18,В.3,С.242-246. ... ^ , ■

20. Kaplan М. D., Kazei Z. A,)Popov Yu. F., Vekhter В. G. Stimulated cooperative JahnTeller effect in TmTO4. - 1992, Phys. Д 182,P. 53-56.

21. Казей 3. А, Колмакова Н. П. ДЕ-эффекг в редкоземельных фрсфатах RPO.,. -ЖЭТФ, 1993, Т. 103, С. 316 - 325.

22. Абдулсабиров Р. Ю., Казей 3. А, Кораблева С. JI., Тдэпиловский Д. ,Н, Магниго-упругие аномалии теплового расширения кристаллов LiRF4, R = Но, Tm, Lu. - ФТТ, 1993, Т. 35, Вып. 7, С. 1876-1880. - . , ,

23. Абдулсабиров Р. Ю., Казей 3. А., Кораблева С. Л., Терпиловский Д. Н. Влияние ионов редких земель на тепловое расширение 1фисталлов LiRF4, R = bfc, Tm, Lu. -Известия РАН, Сер. физич., 1993, Т. 57, Вып. 6, С. 138-141.

24. Соколов В. И., Казей 3. А Особенности магнитных и магнишупругих свойств ян-теллеровских магнетиков. - Вестник Московского университета, Серия 3, 1993, Т. 34, Вып. 1, С. 71-81.

25. Kazei Z. A, Kolimkova N. Р. ДЕ-effect in rare-earth phosphates RP04. - Proc. of the Int Conf. onMagn. effects and application, May 1993, Capri, Italy, P. 103-109.

26. Казей 3. А, Попов Ю. Ф. Эффеюы кристаллического поля в HoV04. - ФТТ, 1994, Т. 36, Вып. 7, С. 2099-2106.

27. Morin P., Rouchy J., Kazei Z. Magnetic and magnetoelastic properties in tetragonal TbP04 -Phys. Rev. B, 1994, V. 50,N 17, P. 12625-12633.

28. Morin P., Rouchy J., Kazei Z. Magnetoelastic properties and level crossing in telragonal H0VO4. - Phys. Rev. B, 1995, V. 51, N 21, P. 15103-15112.

29. Казей 3. А, Колмакова H. П. Магнитоупругие аномалии теплового расширения редкоземельных ванадатов RV04. - ФТТ, 1995Д. 37, Вып. 4, С. 1063-1072.

30. Казей 3. А., Колмакова Н. П. Квадрупольное приближение в теории магнигоупру-гости редкоземельных соединений: мапштоупрупш вклад в тепловое расширение редкоземельных ванадатов RV04. -ЖЭТФ, 1996, Т. 109, Вып. 5, С. 1687-1703.

31. Morin P., Rouchy J., Kazei Z. Magnetic and magnetoelastic properties in tetragonal ТП1РО4. - J. Phys. C, 1996, V. 8, P. 7967-7980.

32. Казей 3. А, Колмакова H. П., Шишкина О. А Магнитоупругий вклад в тепловое расширение редкоземельных фосфатов ТЬР04 и ТтР04. ФТТ, 1997, Т. 39, № 1, С. 106-11].

33. Казей 3. А, Колмакова Н. П., Левтин Р. 3-, Платонов В. В., Сидоренко А. А, Та-ценко О. М. Исследование эффекта пересечения уровней;в тетрагональном парамагнетике YbP04 в сверхсильном магнитном поле до 400 Тл. - Письма ЖЭТФ,

1997, Т. 65, № 9, С. 691-94.

34. Morin P., Kazei Z. Stimulated cooperative JakbTeller effect in TmPO.. - Phys. Rev. B, 1997, V.55;N14,P;8887-8893. ■■■■<■•■:•:ч,.а.

35. Kazei Z. A, Kolmakova N. P., Levitin R. Z., Platonov V. V., Sidorenko A. A, Tatsenko О. M. Energy level crossing and magnetocaloric effect in YbP04 in ultrahigh pulsed fields. - Physica B, 1998, V. 246-247, P. 483-486.

36. Kazei Z. A., Kolmakova N. P., Platonov V. V., Shishkim O. A, Tatsenko O. A Magnetic anomalies due to energy level crossings in the rare-earth zircons, RXO4 (X = V, P). Abst. of 3rd Int. Confer, on f-Elem., Paris, France, September, 1997.

37. Morin P., Kazei Z. Stimulated cooperative Jahn-Teller effect in ТтЮ4. Abst. of 3rd Int. Confer, on f-Elem., Paris, France, September, 1997.

38. Казей 3. А. Влияние механических напряжений на магнитоупругие свойства кристалла TmV04. - ФТГ, 1998, Т. 40, №4, С. 701-705.

Цитированная литература

1. Gehring G. A., Gehring К. A. Cooperative Jahn-Teller effects. - Rep. Prog, Phys. 1975, V. 38, P. 1.

2. Хомский Д. И., Кугель К. Эффект Яна-Теллера и матетизм: соединештя переходных металлов. - УФН, 1982, Т. 136, N 4, С. 621-664.

3. Morin P., Schmitt D. Susceptibility formalism for magnetic and quampolar interactions in hexagonal and tetragonal rare-eaith compounds. - Phys. Rev. B, 1988, V. 37, N 10, P. 5401-5413.

4. Morin P., Schmitt D. Handbook on Fenomagnetic Materials. Ed. Wohlfaith E. P., Buschow К. H. J. Amsterdam: North-Holland, 1990. V. 5, P. 30.

5. du Tremolet de Lacheisserie E. Coefficients of magnetostriction. - Ann. Phys., 1970, V. 5, N. 4, P. 267-80.

6. Stevens K. W. H. Proc. Phys. Soc. A, 1952, V. 65, P. 209.

7. Bexrep Б. Г., Каллан M. Д. Магнигострикция кристаллов, обнаруживающих коо-перэтивный эффект Яна-Теллера.-ЖЭТФ, 1984,Т. 87,N. 5,С. 1774-83.

8. Malkin В. Z. Crystal field and electron-phonon interaction in rare-earth ionic paramagnets. -In: Spectroscopy of solids containing rare-earth ions, Ed. by Kaplyanskii A A., Macfarlane

R. M. North-Holland, Amsterdam, 1987, P. 13-50.

9. Allenspach P., Funer A, Hulliger F. Neutron crystal-field spectroscopy and magnetic properties ofDyRa.CuA,, - Phys. Rev. B, 1989, V. 39, N. 4, p. 2226-32.

10 Bexrep Б. Г., Еолубев В. H., Каплан М. Д. Новый тип воздействия магнитного поля на структурные фазовые переходы: ешмулироанный кооперативный эффект Яна-

-34-

Таштера,-Письма ЖЭТФ, 1987, Т. 45, N. 3,С. 136-9. 11. Morin P., Rouchy J. Quadrupolar ordering in tetragonal TmAgz- - Phys. Rev. B, 1993, V. 48,N.l,P.256-68. -о" -- ',■'-v: