Ориентационный фазовый переход в антиферромагнетиках: магнитные, высокочастотные и магнитоупругие свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

: гз од

- 8 ОКТ 1996

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.А.ГАЛКИНА

На правах рукописи УДК 537.6: 536.48: 539.893

ПОЛЯКОВ Петр Иванович

ОРИЕНТАЦИОННЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД В АНТИФЕРРОМАГНЕТИКАХ: МАГНИТНЫЕ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ Я «АГНИГОУПРУГИЕ СВОЙСТВА

01.04.11 - магнетизм

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Донецк - 1996

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Донецком физико-техническом институте им.Галкина HAH Украины

Научные консультанты: академик HAH Украины, доктор физ.-мат.

наук, профессор барьяхтар в. г.

доктор физ.-мат. наук, профессор

попов в. а.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор АНДЕРС А.Г.

доктор физико-математических наук

ДАНЫПИН Н. К. доктор физико-математических наук профессор МАКАРОВ В.И.

Ведущая организация: Институт магнетизма HAH Украины

Защита состоится " 'fji/ " OB-HmA-^/i^-1996 г. з

оо

~Г

на заседании специализированного совета Д 06.11.01 при Донецком

физико-техническом институте HAH Украины по адресу:

340114, Донецк-114, ул. Р.Люксембург, 72, ДонФТИ HAH Украины

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого физико-технического института HAH Украины.

Автореферат разослан " 1 " CL$?C/CJH-Q> 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д ОБ. 11.01 , кандидат физико- ,

математических наук C'-tZ^—сУе. Соловьев.

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

Фазовые переходы в Магнитоупорядоченных средах сопровождаются фундаментальными изменениями состояний и разнообразием их физических свойств. Среди многообразия фазовых переходов в твердом теле особое место занимают магнитные ориентационные переходы, в которых главную роль играют магнитные состояния, связанные с изменением ориентации магнитных моментов атомов, составляющих тело. Тание фазовые переходы могут происходить под влиянием температуры, давления, магнитного поля. Изменения состояния тела при фазовом переходе сопровождаются физическими явлениями и эффектами, исследование которых позволяет понять природу внутренних взаимодействий между частицами, составляющими твердое тело, и оценить параметры, характеризющие эти взаимодействия.

Фазовые превращения, как правило, приводят к возникновению состояний, обладающих физическими свойствами, отсутствующими или слабо проявляющимися в исходном. Новые физические свойства всегда были актуальны и представляли практический интерес. А фазовые переходы (ФП) и фазовые превращения, при которых проявляются новые физические свойства, представляют значительный научный интерес на протяжении длительного времени. Эти проблемы актуальны были и будут. находиться в области пристального внимания естествоиспытателей различных областей физики, химии, биологии, а также инженеров при разработках новых технологий и создании новых конструкционных материалов.

По этой причине тема диссертации, посвященная комплексному изучению магнитных, высокочастотных, упругих и магнитоупру-гих свойств при ориентационном фазовом переходе, несмотря на большое число опубликованных в мировой литературе работ, является актуальной из-за выбора объекта, условий, при которых происходит фазовый переход, из-за своеобразия свойств, проявляющихся при таком фазовом переходе. В качестве объекта исследований в диссертации был выбран, ставший уже классическим для физики магнетизма, антиферромагнитный (АФМ) кристалл СиС12-2Н20 (и его изотопическая модификация СиС12.2В20), в котором были впервые обнаружены и исследованы фундаментальные

явления и эффекты антиферромагнетизма (фазовый переход опрокидывания магнитных подрешеток, АФМР и др.). Как показывают исследования последнего времени, этот АФМ обладает, образно говоря, неисчерпаемым богатством физических и практических интересных свойств и эффектов, изучение которых может проводиться при технически достижимых условиях (низкие частоты - сантиметровый и дециметровый диапазон, магнитные поля до 10-15 кЭ и низкие температуры Т<ТМ-4,ЗЗК). Физические явления и эффекты, присущие этому кристаллу свойственны также большому числу магнетиков, и поэтому изучение этого АФМ актуально, а полученные результаты вносят большой вклад в фундаментальную физику магнитных фазовых переходов.

Цель и основные задачи работы.

Целью настоящей работы является комплексное исследование резонансных свойств АФМ СиС12-2Н20 и его изотопической модификации СиС12-2020 в области магнитного ориентационного фазового перехода 1-го рода при различных ориентациях магнитного поля, различных температурах и высоких гидростатических давлениях.

Основными задачами являются

1. Исследование АФМР в области низких частот, приходящихся на интервал запрещенных для неограниченного АФМ тела частот, как в случае магнитного поля, параллельного легкой оси АФМ (ось а), так и в случае наклонного магнитного поля, параллельного легкой плоскости (плоскость аЬ) кристалла, так и в наклонном магнитном поле, параллельном (или почти параллельном) трудной плоскости кристалла (плоскость ас).

2. Исследование влияния температуры на сам ориентационный фазовый переход и на резонансные свойства кристалла.

3. Исследование влияния гидростатического давления на ориентационный фазовый переход, на магнитные резонансные свойства кристалла.

4. Исследование влияния конечных размеров АФМ образца и его формы как на магнитные состояния в области фазового перехода, так и резонансные свойства при различных температурах.

В диссертационной работе решались задачи создания специальной аппаратуры, позволившей решить проблемы исследований, а именно •.

1. Разработать малогабаритный низкочастотный спиральный резонатор дециметрового диапазона, в котором совмещено поворотное устройство для монокристалла, позволявшее ориентировать его во вращающемся постоянном магнитном поле во взаимноперпен-дикулярных плоскостях, как элемент соответствующего радиоспектроскопа.

2. Разработать малогабаритный специальный контейнер высокого давления, совмещенный со спиральным резонатором для резонансных исследований в нагнигном поле при высоких гидростатических давлениях

Научная новизна и практическая ценность работы.

Впервые, на примере СиСХ-^.гн^О и СиС12.2020, проведены обширные исследования АФМР в наклонном к легкой оси магнитном поле на частотах, принадлежащих интервалу частот, запрещенному в области ориенгационного магнитного фазового перехода. При этом подробно изучены.ранее не рассматриваемые спутники АФМР и установлена их релаксационная природа. Показано, что для каждой из исследованных частот существует некоторый минимальный угол срыва АФМР, при превышении которого поглощение вч-поля из обычного резонансного превращается а селективно выделенное нерезонансное поглощение релаксационного происхождения. Релаксационные спутники (усы) со стороны большого резонансного поля по своему положению очень чувствительны к отклонению магнитного поля, параллельного легкой плоскости, и могут служить одним из эффектов, по которому можно ориентировать кристалл относительно магнитного поля с точностью до 1 минуты.

Впервые показано, что гидростатическое давление до 11 кбар систематически смещает резонансные изохроны в сторону больших резонансных полей, приводя к уменьшению углов срыва (ф^) АФМР. Появление у магнитного поля составляющей в трудной плоскости, образующей в ней угол с легкой осью, приводит также к смещению резонансных изохрон в сторону больших полей и уменьшению углов срыва.

Впервые с высокой точностью исследовано резонансное поглощение вч-поля на низких частотах в окрестности точки фазового перехода и влияние на него формы АФМ образца. Установлено, что это резонансное поглощение имеет интенсивность на 2

порядка меньшую интенсивности разрешенного на той же частоте рёзснаксного поглощения. Исследована зависимость этого резонансного поглощения от частоты. Ранее, по-видимому, сходное поглощение в этом кристалле наблюдалось в верхней запрещенной полосе частот 32 гГц [1] , подобное резонансное поглощение наблюдалось в промежуточной запрещенной области на частоте 8,953 гГц в ромбическом афм (сн2) 2кгн3сис12 [2]. а также в нижней запрещенной области в ВаМпР^ [3].

Впервые для "образца, вырезанного параллельно ас-плоскости (ас-пластииы), на резонансной изохроне установлено наличие "полочки", т.е. участка постоянства верхнего резонансного поля

поглощения в наклонных магнитных полях при ф <ф , где угол

л кр

ф - есть угол отклонения магнитного поля от оси легкого нама-кр

гничивания, за которым резонансное поглощение фиксируется в

однородной опрокинутой фазе. Это значение ф с хорошей точ-

кр

ностью определяет нижнюю границу численного значения угла ори-ентационного фазового перехода 1-го рода. Поэтому изучение "полочки" на резонансной изохроне при соответствующей частоте может служить средством, позволяющим определить этот критический угол фазового перехода первого рода. Существование резонансного поглощения и его зависимость от магнитного поля близкого к полю ориентационного фазового перехода, а также существование "полочки" на резонансной изохроне связывается в диссертации с образованием при ориентационном фазовом переходе в образце конечных размеров 90-градусной доменкой структуры -промежуточного состояния, через посредство которого в узком интервале магнитного поля происходит фазовый переход от низкополевой антиферромагнитной однородной фазы в высокополевую опрокинутую однородную фазу.

Впервые изучены резонансные изохроны и обнаружено существование на них "полочек" при появлении у магнитного поля проекции на трудную плоскость (угол - есть отклонение внешнего магнитного поля от легкой оси а к, так называемой, трудной оси Ь).

Впервые для низкотемпературных гидратосодержащих АФМ ромбической симметрии определены упругие параметры и магнито-стрикционные константы.

Впервые проведены сравнительные исследования СиС12.2Н20 и его изотопической модификации СиС12 • 2020. Показана связь между структурными изменениями и изменениями магнитных, резонансных, магнитоупругих, упругих свойств при замене Н20 на О^О. Изучены температурные зависимости углов срыва и критического угла. Установлен факт уменьшения критического угла с температурой, что находится в соответствии с работой [4] и может быть связано с разупорядочением доменной структуры под влиянием температуры.

Новизна в методической частя.

Ценность данной работы определяется комплексом экспериментальных результатов, полученных в сравнении с современной теорией, углубляющей физические представления о природе и свойствах диссипативных процессов, происходящих в двухосном АФИ СиС12.2Н20 и его изотопической модификации СиС12.2020 как в магнитном поле параллельном легкой оси кристалла, так и в. поле, отклоняемом в различных направлениях от нее.

Результаты, полученные в работе по резонансному поглощению ВЧ-поля в запрещенной области частот, в поле близком полю фазового перехода и трактуемые в диссертации как поглощение в неоднородном промежуточном состоянии, хотя качественно согласуются с теоретическими работами [5,6], требуют глубокого исследования, преследующего цель установить истинную природу этого поглощения и его количественного истолкования. Такое теоретическое изучение должно дать объяснение природе подобного поглощения, полученного не только в диссертации, но и в других работах.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Результаты комплексного исследования резонансных свойств АФМ в области магнитного ориентационного фазового перехода 1-го рода при"различных ориентациях магнитного поля, различных температурах и высоких гидростатических давлениях.

2. Выявленные особенности свойств АФМ, которые позволяют осуществлять высокоточную ориентацию магнитного кристалла относительно внешнего магнитного поля (-20") по эффекту нерезонансного поглощения вблизи легкой оси.

3,Установлено резонансное поглощение ВЧ-поля в запрещенной

для неограниченного магнетика области частот и выяснена его природа в области ориентационного фазового перехода 1-го рода.

4. Обнаружено и идентифицировано влияние наклона магнитного поля относительно кристаллографических осей на природу ориентационного фазового перехода; определены критическая для фазового перехода ориентация магнитного поля и влияние конечных размеров АФМ образца на АФМР; выявлена чувствительность АФМР к нарушению однородности пространственного распределения намагниченности (неоднородное промежуточное состояние).

5. Установлено влияние высокого гидростатического давления на резонансные свойства, параметры АФМ и условия реализации магнитного ориентационного фазового перехода. Определены упругие и магнитоупругие параметры АФМ при высоких гидростатических давлениях рентгенографическими и радиоспектроскопическими методами. Оценены комбинации магнитосгрикционных констант.

6. Установлены различия в спектрах АФМР СиС12-2Н20 и его изотопического аналога СиС12-2С20; проведена оценка изменений структурных, магнитных, упругих и высокочастотных свойств при замене Н20 на И^О.

7. Обнаружен и исследован спектр АФМР в наклонных магнитных полях от легкой оси а к оси с (в трудной плоскости). Установлены зависимости угла срыва АФКР на фиксированной частоте вблизи ас-плоскости, позволявшие утверждать, что, в отличие от одноосного АФМ, в двухосном АФМ угол (критический угол существования фазового перехода 1-го рода) увеличивается с увеличением угла отклонения в трудной плоскости и достигает значения 54,6°; при этом положение критического поля смещается в область обменных полей.

8. Методика ориентации магнитного поля к осям АФМ кристалла во взаимноперпендикулярных плоскостях с высокой точностью С-20"). Методики резонансных и магнитных исследований при высоких давлениях. Конструкции однослойной камеры до 11 кбар и двухслойной камеры до 30 кбар. Использование спиральных резонаторов для резонансных исследований в дециметровом (8- 60 см) диапазоне.

Личный вклад автора. Автор является основным исполнителем во всех приведенных в автореферате работах. Ему принадлежит веду-

щая ропь в проведении комплекса исследований:

- в соавторстве с А.А.Галкиным и С.Н.Ковнер - в разработке методик, обсуждении и интерпретации полученных результатов;

- в соавторстве с В. Г. Барьяхтаром и В.А.Поповым - в обсуждении и сопоставлении полученных экспериментальных результатов с теорией;

- в соавторстве с А.В.Олейником - а проблемной постановке цикла работ по исследованию АФМР в наклонных магнитных полях;

- в соавторстве с С.В.Ивановой - в постановке цикла работ по сравнительным исследованиям СиС12.2Н20 и СиС12.2020, их магнитных, магнито-упругих, структурных и резонансных свойств;

- в соавторстве с В.Г.Сынковым, В.В.Пермяковым, В. Д. Доро-шевым, В. П. Дьяконовым - в разработке и создании методик и устройств по использованию высоких гидростатических давлений для научных исследований;

-в соавторстве с В.И.Каменевым - в проведении рентгеновских исследований и обсуждении результатов.

Достоверность экспериментальных результатов, представленных в диссертации, базируется на использовании высокоэффективного оборудования и различных методик. Надежной повторяемостью результатов в экспериментах. Тестированием используемых образцов СиС^.Э^О и СиС12-2В20. Полученные данные имели качественное и количественное согласие с теорией АФМР в наклонных магнитных полях. Это позволило значительно расширить теорию АФМР магнитоупорядоченных АФМ под гидростатическим давлением, оценить комбинации магнитострикционных констант, подтвердило наличие неоднородного состояния в промежуточной области.

Внедрение научных разработок. Проводимые исследования стимулировали создание и внедрение методических разработок, используемых в отделах и институтах.

Разработан коаксиальный резонатор с поворотным устройством, изменяющим ориентацию образца в пределах 10'.

Разработана серия контейнеров высокого давления, позволивших провэсти резонансные, ультразвуковые, магнитные исследования под высоким гидростатическим давлением в отделе магнитных свойств твердого тела, отделе сверхнизких температур, отделе ультразвуковых исследований, лаборатории ядерного маг-

нитного резонанса Донецкого физико-технического института HAH Украины; Московском институте источников тока; Институте физической химии РАН (г.Москва); Институте проблем материаловедения HAH Украины (г.Киев); Институте полупроводников HAH Украины (г.Киев); Институте физики HAH Украины (г.Киев); Институте монокристаллов HAH Украины (г.Харьков); Ростовском НИИ "Физика" при РГУ; Институте физики Чешской АН (г.Прага).

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и совещаниях:

- Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений-XIII - Донецк, 1977 г. ; XIV - Харьков, 1979 г. ; XV - Пермь, 1981 г. ; XVI - Киев, 19S3 г. ; XVII - Лонецк, 1985 г.

- Всесоюзных совещаниях по физике низких температур:

XVII - Донецк, 1972 г. ; XVIII - Киев, 1974 г. ; XX - Москва, 1979 г. ; XXI -Харьков, 1980 г. ; XXVI - Донецк, 1990 г.

- 1-ом Всесоюзном совещании по физике и технике высоких давлений, Донецк, 1973 г.

- 1-ом Всесоюзном совещании "Применение высоких давлений для получения новых материалов и создания интенсивных процессов химических технологий", Москва, 1986 г.

- XII Международной конференции стран-членов СЭВ по физике и технике низких температур, Секешфехервар, Венгрия, 1973 г.

' - Международных конференциях по физике и технике высоких давлений: V - Москва, 1975 г. ; XI - "Киев, 1987 г.

- ХХ-ом Амперовском конгрессе, Таллин, 1978 г.

- Vl-ом Семинаре "Физика магнитных явлений", Донецк,1993 г.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 289 стр. машинописного текста, содержит 68 рисунков, 11 таблиц, в списке литературы 263 наименований.

По материалам диссертации опубликовано 45 работ, из них 23 журнальные статьи, 1 Авторское свидетельство. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цели диссертационной работы. Определено место проводимых экспериментов среди работ в этой области, а также проблемы физики магнитоупорядоченных АФМ. Дана характеристика метода и методологии проводимого эксперимента. Указана научная и практическая ценность проводимой работы.

Первая глава посвящена применяемым экспериментальным методикам.

Используемый радиоспектроскоп является новой разработкой на базе использовавшегося ранее и доработанного в соответствии с поставленными в диссертации задачами спектроскопа. Модернизирован комплекс функциональных узлов, воплощающих в себе достижения техники дециметровых волн, высоких давлений, низких температур. Во всех экспериментах на частотах О, 4 - 6,8 Ггц в радиоспектроскопе использовался спиральный резонатор проходного типа.

Температурный диапазон исследований 1,6 - 4,2 К. Постоянное магнитное поле от 0 до 1,0 I с временной протяжкой. Вращение электромагнита в горизонтальной плоскости позволяло фиксировать направление постоянного магнитного поля к осям монокристалла с точностью до 20" (секунд).

Сигнал резонансного поглощения АФМР регистрировался на осцилографе и самописце, Магнитное поле измерялось измерителем магнитной индукции Ш-11. Используемый резонатор оригинальной конструкции с внутренней спиралью имеет значительные преимущества: высокая концентрация высокочастотного магнитного поля в объеме, охваченном внутренним спиральным проводником, рис. 1. Широкополосный спиральный резонатор не обладает частотной избирательностью, что исключает жесткую стабилизацию источника питания. Недостаток - малая добротность и изменение поляризации магнитной составляющей на протяжении длины спирали.

Распределение структуры Н и Е-волн для спиральных резонаторов аналогично замедляющим системам.

С учетом требований - поворота образца внутри резонатора и максимального поглощения СВЧ-мощности, был применен держатель из оргстекла, который крепился в специальном поворотном

устройстве, позволявшем менять ориентацию образца в вертикальной плоскости с точностью ориентации ±0,02° - 10'.

Применение спирального резонатора значительно упростило решение задач, связанных с получением информации о резонансных свойствах в образце при высоких гидростатических давлениях.

Трудности при проектировании и изготовлении камер высокого давления зависят от решаемых физических задач и величин давления. Исследование резонансных свойств при низких температурах, магнитных полях в монокристаллических АФМ при всестороннем сжатии потребовало создать набор камер высокого давления. . Оптимизация параметров контейнера, повышение пределов внутреннего.давления позволило проводить многократное нагруже-ние до 15 кбар с учетом возможности избранных материалов БрБ-2

При создании высокого давления применение фигурных проти-воэкструзионных колец с нескомпенсированной площадью (материал БрБ-2) в комбинации с тефлоном и резиной показало значительную эффективность используемых уплотнений.

Преодолена проблема уплотнения электрических и коаксиальных проводов с использованием аральдитовой смолы АА-07 при давлениях до 10 - 12 кбар. Конические втулки из БрБ-2 с нескомпенсированной площадью выдерживают давление до 30 кбар и выше.

Оптимизация конструкции камеры предусматривает фиксацию давления в камере с помощью накидных гаек специальной формы, что позволяет минимизировать габариты и вес конструкции. Что значимо при эксплуатации камеры в магнитных полях и снижает потребление гелия.

Преодолены трудности при измерении давления. Использовался радиотехнический метод обнаружения сверхпроводящего перехода при гидростатическом давлении. В работе приведен ряд конструкций с улучшенными параметрами.

Одна из модификаций - конструкция с силовой обмоткой из сверхпроводника, создающего магнитное поле, где при давлении 15 кбар магнитное поле 12 Т при Т= 1,8 К.

Наиболее удачная конструкция представляет собой двухслойную камеру (рис. 2) (авиутр =6,5 мм, ¿внеш - 31 мм, рабочий

объем - 22 км, Н - 110 мм, Н. _ =95 мм). Корпус двухслойна V Г «ЯГП г ч ^ *

Рис. 1. Спиральный резонатор Рис. 2. Двухслойная камера дециметрового диапазона с высокого давления для магнит-образцом. ных исследований до 30 кбар.

ный автоскрепленный выполнен из 38 ХНЮВИ. Шток двойной составной из 38ХНЮ и наконечник ВК-8. Обтюратор с электровводами выполнен в виде обратного конуса. Давление фиксируется накидными гайками как со стороны обтюратора, так и со стороны штока. Испытания проведены до давлений 30 кбар. Результаты получены на давлениях 21 кбар к температуре 1 К.

При исследовании параметров сжимаемости монокристаллов была использована камера высокого давления для рентгеновского дифрактометра.

Резонансные исследования в настоящее время позволяют решать многопараметрические задачи описания энергетических спектров АФМ, формируемых многими типами взаимодействий. Использование новых функциональных узлов в радиоспектроскопе: спирального резонатора проходного типа с поворотным устройством для исследования АФМР в произвольно ориентированном относительно

магнитного поля.кристалле, камеры высокого давления в сочетании со спиральным резонатором, позволяют проводить комплексные исследования магнитных, кагнитоупругкх, высокочастотных свойств АФМ, ориентационных фазовых переходов.

Развернутые выводы в конце главы подчеркивают значимость проведенных методических разработок.

Вторая глава посвящена рассмотрению современного подхода к проблеме низкотемпературного антиферромагнетизма. В основе проблем теории АФМР, магнитных фазовых переходов и их связи с симметрией АФМ, термодинамики неоднородных состояний, образования доменных структур заложен термодинамический гамильтониан в магнитном поле, где учтены свойства симметрии и модельные представления. За объект исследования взят модельный кристалл дигидрата хлорида меди. Это низкотемпературный антиферромагне-

7

тик, имеющий группу симметрии - ромбическую сингонию

низшую, так как отсутствуют оси выше второго порядка, ромбический бипирамидальный кристалл с двумя молекулами Н^О в элементарной ячейке. Ионы меди в кристаллическом поле имеют ортором-бическую симметрию.

Магнитное упорядочение соответствует температуре Нееля -4, 33 К. Магнитные ионы меди, лежащие в плоскости, упорядочены ферромагнитно, а ионы соседних плоскостей - антиферромагнитно. Период магнитной ячейки удвоенный по сравнению с кристалличе-

д

ской. Обменные поля Н - 1,15*10 Э и поля анизотропии Н,= ? е а

2, 24« 10 Э.

Магнитостатические свойства в парамагнитной области по всем осям подчиняются закону Кюри-Вейсса и переход из парамагнитной фазы в антиферромагнитную фазу фиксируется как фазовый переход второго рода.

Приведенный в обзорах феноменологический гамильтониан двухосного ангиферромагнетика рассматривает систему магнитных атомов, разбиваемых на две магнитные подрешетки, и' где учтены константы обменных взаимодействий внутри подрешеток, константы магнитной анизотропии, влияние внешнего однородного магнитного поля. Основное состояние антиферромагнетика определяется как состояние однородно намагниченных каждой из магнитных подреше-;)'ток.

В области выделенных направлений, при исследовании окрестности ориентационных переходов, термодинамический переход оказывается растянут в интервале магнитных полей, где появляется новое термодинамически устойчивое неоднородное состояние. Исследование магнитных свойств показывает, что переход в интервале полей, соответствующих размагничивающему полю образца в неоднородном состоянии в этом интервале полей, представляет доменную структуру, аналогичную промежуточному состоянию сверхпроводника первого рода. Промежуточная область характеризует конкретные свойства АФМ, и отражает закономерности для ориентационных фазовых переходов.

Рассматривая случай исследования особенностей АФМР в наклонном магнитном поле в двухосном АФМ, установлено изменение зависимости резонансных спектров в магнитных полях вдоль выделенных направлений и появление тонких особенностей АФМР, что позволило по резонансным наблюдениям идентифицировать как характер фазового перехода при ориентационном переходе, гак и тип анизотропии в исследуемом АФМ. Эти же особенности позволяют различать докритические и закритические состояния. Это особенно важно при установлении природы состояния АФМ.

Теория АФМР в промежуточном состоянии, возникающем вблизи поля спин-флоп фазового перехода, показывает, что с колебаниями усредненных по телу намагничения и антиферромагнетизма связано появление новых ветвей АФМР, соединяющих резонансные ветви однородных фаз. Изменение магнитных фаз, индуцируемое магнитным полем или температурой, сопровождается соответствующим изменением спектра АФМР. Объясняя характерные особенности АФМР: разрывы частот в области частотной щели, критические поля, критические углы, ширины интервала НПС и связывающие его специфические моды, теоретический формализм обосновывает постановку и проведение экспериментальных исследований и служит хорошей базой при сравнении теории и эксперимента.

В физике магнитных явлений высока плотность исследований при варьировании температуры и несравнимо мало количество работ при воздействии давления. Эффективность воздействия давления на параметры и свойства магнйтоупорядочения в АФМ очевидна.

В третьей главе обосновываются исследования влияния гидроста-

тического давления на магнитные, магнитоупругие, структурные и высокочастотные свойства АФМ. Показано, что, не меняя симметрию, всестороннее сжатие позволяет менять структурные параметры и, как следствие, приводить к изменениям обменных и анизотропных взаимодействий. Обосновывается изменение термодинамических параметров, частотно-полевых зависимостей ориентационного фазового перехода, определение магнигоупругих постоянных.

Теория влияния гидростатического давления на свойства АФМ указывает на изменение резонансных свойств и возможность восстановить магнитоупругие постоянные по этим изменениям.

Учитывая взаимосвязь параметров деформации и напряжений при малых упругих нагружениях, теория позволяет учесть всю совокупность взаимодействий в магнитоупорядоченном АФМ. Выражение для плотности магнитной энергии отнесено к грам-молю и включает обменные, релятивистские, магнитоунругие взаимодействия, т.е. все виды энергии, присутствующие в АФМ.

Учитывая магнитострикционную энергию через влияние всестороннего давления на параметры, характеризующие состояние исследуемой системы, путем перенормировки констант магнитной энергии, теория позволяет установить влияние давления на обменные и релятивистские взаимодействия, от которых зависят основные магнитные параметры: температура Нееля Т^, поле ориентационного фазового перехода Н , частоты АФМР, фазовая диаграмма. Рассматривая влияние давления на все выше перечисленные параметры, можно определить комбинации, магнитострикционных констант через выражения, связывающие эти параметры с константами обмена и анизотропии.

Исследование магнитострикционных параметров низкотемпературных АФН - проблема, для решения которой проведен цикл экспериментальных исследований на низкотемпературных магнитоупо-рядсчонных образцах СиС12.2Н20 и СиС12.20^0 при высоком гидростат ичееком,давлении.

В четвертой главе приведены результаты исследований низкочастотной области АФМР в СиС12.2Н20 и СиС12-2020 в наклонном магнитном поле в легкой плоскости.

Анализ работ показывает, что ориентационный переход в двухосном АФМ влизи критических точек в выделенных направлени-

ях на низкочастотной ветви однородного АФМР проявляет аномалии, позволяющие идентифицировать как характер фазового перехода, так и тип магнитной анизотропии исследуемого образца.

Чувствительность АФМР к нарушению магнитной симметрии, изучение резонансных свойств, достоверные факты определения области промежуточного состояния связываются с исследованием полей резонансного поглощения в наклонных магнитных полях в легкой плоскости в СиС12.2Н20.

Данные наблюдений линий поглощения АФМР представлены на резонансных из.охронах на рис. 3, где удалось свести угловые диаграммы для различных частот в узком интервале температур Т= 1,639 - 1,673 К. Здесь наиболее наглядно представлены особенности, сопровождающие низкочастотный резонанс при отклонении магнитного поля в легкой плоскости. Наблюдаемая линия нерезонансного поглощения вблизи оси легкого намагничивания на всех частотах в малых углах позволяет.с высокой точностью под-ориентировать образец, поскольку является симметричной относительно выделенной легкой оси. Природа нерезонансного поглощения объясняется поляризационными свойствами спирали-резонатора и несоответствием поляризации магнитной составляющей высокочастотного поля и вынужденными колебаниями намагничивания.

Следующая особенность на рис. 3 связана с затягиванием резонансного поглощения в области углов Ф^1!1^^ (углов срыва АФМР) и объясняется конечной шириной резонансных изогон на максимуме, что обусловлено релаксационными многомагнонными процессами рассеяния, приводящим» к уширению линий резонанса, и характеризуют свойства магнитной системы

В поведении частот АФМР в частотно-полевой зависимости рис. 4 хорошо просматривается частотнонезависимый участок верхнего резонансного поля, где в отличии от частотнозависимо-го нижнего резонансного поля, есть область частот АФМР, принадлежащих области спин-флоп фазового перехода, при фиксированном внешнем магнитном поле строго ориентированном вдоль оси легкого намагничивания. По поведению этой зависимости делается утверждение о резонансном поглощении в области промежуточного состояния.

Сравнительные исследования монокристаллов СиС1_.2Н„0 и

6.5

6.4

• •

Д-

1. 0

^ к

<У\'

н С С

с- г, }

4 + +

• •

СО (г Ги,)

Ои3-о +

0 20 40 Б0 80

У,

8

4

О

мин

б.а

р

I я

6.5" Но

Рис. 3. Резонансные изохроны СиС12 2Н20 при различных час- 2, 02;

; и5 "

3,344 ГГц; Т= 1,633 - 1,673 К

тотах: Ы]^ - 1,79;

<о3 г. 2, 419 ; ш4 - 2, 987

Рис. 4. Частотно-полевая зависимость АФМР для при Т= 1,68 К.

СиС12 2Н20

СиС12-20о0 показывают, что замена группы 2Н20 на ПРИВ°ДИТ

прд сохранении симметрии кристалла к увеличению параметров решетки вдоль Ь и с осей, что уменьшает величину межподреше-точного обменного взаимодействия и, соответственно, сказывается на положении мод АФМР. Приведенная на рис. 5 частотно-полевая зависимость показывает устойчивое смещение всех характеристик АФМР в более низкие поля. Полная картина поведения резонансных частот в наклонных магнитных полях с записью формы линии резонансного поглощения при фиксированной частоте пред-

ставлена на рис. 6. Приведенные данные для резонансных частот

<о(1'2) не учитывают конечность ширин реальных резонансных ли-

(2)

нии поглощения. Для некоторых частот <и,<ы должно набхпо-

ГП1Т1 сЗ

и Н которые сближаются при

.(2

<jJ.T' . Очевидно, что при фикси-

min ^

даться два резонансных поля Н

(2) р] ш-, => и ■ и соопадают при = 2 min г 2

рованной частоте <j < из и меняющемся угле ф существует угол

л

^л* ^fn Равнъ1й Углу срыва (рис.6). Результаты используемой в

Ггц

4M

зр-

2,5\

2,0.

1,00,5. О

кСиСег-2Нг0 j^сисеггФго

Ей

Ь60

Ь55

Бй

fy 6А 6,5 6? 7J 7,Ъ Н

Рис.5. Сравнительная частотно-полевая зависимость CuCl^ 2Н20 и CuCl2 2D20 при Т- 1, Б8 К

Рис. 6. Резонансная изохрона для и - 2,419 ГГц. Сплошная линия - теоретическая. Справа запись производной контура линии поглощения в области срыва АФМР (Т- 1. 66 к).

ргботе теория АФМР п наклонных магнитных полях, где свойства магнитной анизотропии учтены наиболее полно, представлены на рис. 6 сплошной линией. Рассматривая зависимость углов срыва от частоты (ряс. 7), можно наблюдать, что существует некоторая частота, при которой минимум приходится на фиксированную

частоту ш < "а2> на которой уже отсутствует АФМР при Н << Не-

Поэтому фл= является углом срыва АФМР и значение 0

при ф^ => т. е. чем меньше частота, тем вероятнее, что

=» ^кл' Угол срыва стремится или равен углу критическому (рис.7). В нашем. случае при фиксированной температуре такая частота составляет -1,08 ГГц.

Наиболее информативный участок на угловых диаграммах АФМР принадлежит области дипа. Он прослеживается почти при всех частотах и ограничен температурой вьше 2, 5 К. Присутствие впадины со стороны больших резонансных полей на угловой диаграмме при фиксированной частоте и температуреСрис. 8) связывается с

Т.К

Рис. 7. Зависимость значения угла срыва АФМР от частоты резонанса при Т = 1, 58 - 1,68 К

Рис.. 8. Зависимость полей резонанса от угла отклонения магнитного поля Н от оси а в плоскости аЬ на частоте и -4, 35 ГГц.

резонансным поглощением, не связаннным с однородной опрокинутой фазой, а поглощением-в промежуточном состоянии, возникаю-

щем в окрестности поля спин-флоп перехода.

Сравнение теории с экспериментальными данными показывает и объясняет все детали резонансных спектров, фиксируемых методикой АФМР в легкой плоскости. Подводят к проведению исследований АФМР в наиболее информативной области магнитного фазового перехода типа "опрокидывания подрешеток" в СиС12-2Н20 на избранных частотах О, 6 - 3,7 Ггц в магнитном поле, параллельном выделенной легкой оси антиферромагнетика в образцах различной формы в пятой главе.

Исследуя методом антиферромагнитного резонанса - однородных по объему образца колебаний (прецессии) магнитных моментов атомов, происходящих возле своих положений равновесия на определенных собственных частотах, можно утверждать, что однородные магнитные колебания характеризуют однородную магнитную фазу с присущими ей собственными модами АФМР. Любое изменение магнитной фазы сопровождается соответствующим изменением спектра АФМР и позволяет судить о характере ориентационного перехода.

Ориентационный фазовый переход из антиферроиагнитной в опрокинутую фазу при условии, что магнитное поле параллельно легкой оси, происходит как спин-флоп фазовый переход. И в Н -полях перехода, наблюдаются характерные изменения мод АФМР -скачок (разрыв), называемый частотной щелью. Малая интенсивность линий поглощения новыми модами АФМР, жесткие требования к ориентации магнитного поля, ширина линий АФМР, сравнимая с шириной интервала реализации неоднородного промежуточного состояния по магнитному полю, не позволяли ранее подтвердить или отвергнуть сомнения о существовании однородного АФМР в НПС. Используемая методика более надежна и достоверно подтверждает интересующий нас эффект.

Выбранный диапазон частот от 0,4 до 6 Ггц при соответствующих условиях на частотно-полевой зависимости (рис. 4) позволяет наблюдать аномалии поведения верхнего резонансного поля в частотной щели низкочастотного резонансного спектра. Фиксирование "впадины" (рис.а) на изохронах вблизи^егкой оси при образце кубической формы и наличие "полочки" (рис. 9а) при образце в виде • пластинки (1:10) демонстрируют независимость

верхнего резонансного поля поглощения в области неоднородного промежуточного состояния.

Такое поглощение, связанное с появлением новой ветви АФМР в НПС, связывающей друг с другом соответствующие ветви однородных фаз АФМР, проявляется как поглощение высокочастотного поля в интервале углов, где опрокидывание подрешеток происходит как фазовый переход 1-го рода. На рис.9 показана частотно-полевая зависимость в АФМ СиС12-2Н20 при различной форме образца, где по положению "полочек" можно оценить границы критических углов. Оценка критических углов позволяет определить отношение магнитной анизотропии к обменной энергии и установить влияние температуры и формы образца на область НПС.

Приведенные на рис.9 и 9а экспериментальные данные и их теоретическая интерпретация надежно определяют верхнюю границу возможных значений в СиС12.2Н20. Самая низкая частота АФМР, используемая в .нашей работе Ыд = 1,085 Ггц и где условие < ф^^- 4,65', т.е. одного порядка 1-3'. Для 4,54

0кл " ^л'

Ггц для Т-1,62 К 8'

Рис.9. Частотно-полевая зависимость АФМР для образцов различной формы; -Ье-пластинка; , -ас-пластинка, при Т= 1,94 К

Рис. 9а. Зависимость Н _ от

р2

угла Ц вблизи легкой оси:<Э-образец в форме ас-пластинки, и= 5 ГГц, Т- 2 К. ; а - образец в виде куба, о>= 4,55 ГГц, Т= 1,65 к.

Критический угол определяющий положение КТ1 для

0ПФП1 на фазовой диаграмме, существенно зависит от температуры с хорошей надежностью ограничен сверху значением ^Г*3» 9.0' при

гб к

Т=0 и Фу. = 4,3' при Т= 1,62. Установленный факт уменьшения критического угла с повышением температуры согласуется с обстоятельствами разупорядочивающего действия температуры между участвующими в ОПФП1 фазами.

Измерение АФМР в образце в виде ас-пластины на частоте и« 5 Ггц при Т- 1,94 1С и обнаружение области независимости верхнего резонансного поля от угла при I2,8' и-находится в полном соответствии с теоретическим анализом, где половина угловой ширины определяет нижнюю границу области возможных значений критического угла составляющих -2,6' при Т=1,94 К. Уменьшение частоты приводит ^л^^д-

Сравнение результатов с теорией АФКР в неоднородном промежуточном состоянии подтверждает, что выбранная область исследований принадлежит НПС и резонансное поглощение является совокупностью нескольких факторовС концентрации фаз, многомаг-нонных процессов поглощения в доменных стенках).

Приведенные результаты указывают на большое значение высокой точности ориентировки оси легкого намагничивания и плоскости симметрии монокристалла к внешнему полю, позволившие получить достоверные данные измерений, выявить область промежуточных состояний и оценить ее численно, объяснить механизм резонансного поглощения АФНР в НПС, доказать наличие фазового перехода 1-го рода в области опрокидывания магнитных подреше-ток в магнитоупорядочонном антиферромагнетике.

Используя возможности ориентации монокристалла в резонаторе, позволяющее менять свойства магнитной симметрии образца к магнитному полю. В шестой главе представлены результаты исследования низкочастотного спектра АФМР вблизи так называемой трудной плоскости (плоскости, проходящей через легкую ось перпендикулярно легкой плоскости) двухосного АФМ. Трудная плоскость, в отличие от легкой, не имеет критической точки фазового перехода первого рода. Однако вблизи можно ожидать появление с обеих сторон от нее линий критических состояний, простирающихся в область больших магнитных полей (порядка обменных)

и больших углов отклонения магнитного поля от легкой оси а к оси с. Это и другие особенности магнитных фазовых переходов в трудной плоскости открывают широкую область явлений и эффектов, которые можно выявить с помощью тонкой методики АФМР и наблюдение которых позволит ответить на вопросы, связанные с проблемой ориентационных фазовых переходов.

Исследования АФМР проводились на частотах 1,1 - 4, 6 Ггц в температурном интервале 1,Б - 3, О К в наклонных магнитных полях. На рис. 10 показана совокупность угловых зависимостей полей резонанса для различных углов в трудной плоскости, соответствующих различным температурам и частотам. При выходе направления магнитного поля из легкой оси в трудную плоскость картина угловой зависимости резонансного поглощения сохраняется до углов 40°. Представляя результаты эксперимента для выделенных направлений (рис. 10а)., можно отметить характер зависимости, приближающейся к параболе, .и смещение полей резонанса в сторону их увеличения с увеличением углов и температуры. Сплошной линией показаны результаты теоретических построений для СиС12,2Н20.

Сравнительные исследования АФМР в СиС12.2Н20 и СиС12.2Б20 в трудной плоскости (рис.12) показывают совпадения характера частотно-полевых зависимостей и, как следствие, идентичность ориентационного фазового перехода (рис. 12а). Подбирая форму исследуемых образцов и наблюдая относительное изменение положений линий верхнего резонансного поля, интенсивность и ширину линий для образцов различной формы, приходим к заключению, что в случае ас-пластин фиксируется "полочка" постоянства верхнего резонансного поля (рис.11) для разных углов в трудной плоскости.

Обнаруженная "полочка" демонстрирует независимость поля резонансного поглощения от угла отклонения магнитного поля, ширина "полочки" имеет тенденцию уменьшаться с увеличением угла ф. Значение верхнего поля резонансного поглощения принадлежит полю ориентационного фазового перехода (рис. 12а). Полученные результаты свидетельствуют о динамике резонансного поглощения в области реализации неоднородного промежуточного состояния АФМ. Анализ полученных результатов и теория АФМР в

(а!

т

им

7,9 7,7 -

V-

0,3 06 О,к.:

ог

нм

8,6

44

8,1 го

78 68

■Н++ ^ К

* +

6,4

*

388,6

V 8,г 8,0 7,оЬ

(с!

+ -»

к+

6.8

+ 1-+

' й'У ^ Г о У Г3~"*0 У £ 5

Рис.10. Зависимость Н , и Н _ р1 р2

от ф при фиксированных Т я 4

(а) " фт1

(Ы - #Т1

( с) " *Т1

С с?) -

о, ф

Т2

28

О, ф = 30 ; т2

0,41°, фт?_= 29°; 0,3°, 29,6°

-О» 4, 5 ГГЦ; -0= 1,1 ггц.

Т2

-ы= 3,0 ГГц;

30 20 10 0 10 20 30

(с| Н|.г) 1с1| 9

а

5

зо га ю о м га за

Рис.10а. Зависимость полей резонанса от |Дт (Н||ТШ при различных значениях температуры: (а) - 1, 63 К; (Ъ) - 2, О К; |С) - 2,5 К; (с!) - 3,01 К; сплошные линии- теоретические.

наклонных магнитных полях дают возможность утверждать, что появление в магнитных полях составляющей в трудной плоскости приводит к смещению и деформации картины АФМР, и что резонансные частоты нижней ветви АФМР удовлетворяют условию возникновения вырожденных критических точек на фазовой диаграмме и позволяют восстановить картину фазовых превращений в СиС12,2Н20 и других двухосных АФМ в широком интервале магнитных полей, лежащих вблизи трудной плоскости, и получить важные характеристики кристалла.

Поглощение высокочастотного поля в магнитном поле в

Нр2, кз 8887-

о-СиС{, 21,0 и-308гГи в-СиСе, 2Н,0 и = З.ООгГц Т- 1.612 -0005 к Ч'-О'ЧО'

8,2бП то

1,001 6,7701

V-

• ■

4=0^0,5°

'Рл, ыин

20 10

Н(«Э)

8.5 8.0 7.5 7.0

10

20

30

К оси Сг

го

10

Рис. 11. Зависимость Н _ от

р2

угла наклона ф при различных

для образца ас- пластинки : о- 5 ГГц, Т- 2 К.

Рис. 12. Сравнительные зависимости полей резонанса для

СиС1. 2Н О и СиС1_ 20_0 от I¡1 2 2 2 2 т

(Н||ТП) при Т- 1,6 К, и-3,0 ГГц.

с

окрестности спин-флоп фазового перехода наблюдается в области промежуточного состояния и сохраняет характер фазового перехода 1-го рода во всем интервале углов. Обнаружение области промежуточного состояния в трудной плоскости значительно расширяет , роль магнитной анизотропии и отвечает на вопрос о существовании критических точек и состояний во всей трудной плоскости на фазовой диаграмме ориентационного фазового перехода, и является особенностью двухосного АФМ.

.. Приведенные выводы дают возможность утверждать главное: наблюдаемые поля резонанса низкочастотного спектра АФР на частотно-полевых зависимостях попадают в область ориентационного фазовог.о перехода во всех исследуемых углах отклонения

(а) (г Гц)

Б

4 2

сисег-2ва0

о - 9 = 0*±30' □ -0 = 21°ЗО' ¿30'

6.0

Н(кЗ)

7.0

8.0

Рис.12а. Частотно-полевая зависимость АФМР в СиС12 0= 30' и 0= 21 °30' (Т= 1,68 К).

магнитного поля в трудной плоскости с характерной областью неоднородного промежуточного состояния, где магнитная анизотропия специфична и является особенностью двухосных АФМ.

Резонансный метод чувствигелен к любым изменениям внутри-кристаллических и магнитных полей. Он позволяет исследовать сложные процессы, развивающиеся в окрестности фазовых переходов при всестороннем сжатия. Огносительая простота зависимости параметров АФМ от гидростатического давления позволила экспериментальным путем определить параметры магнитоупругой связи и изучить зависимости обменных и релятивистских взаимодействий от межатомных расстояний. В седьмой главе представлены результаты исследования влияния давления на резонансные свойства АФМ в области ориентационного фазового перехода, что позволяет получить информацию о кривых фазового равновесия, спектрах АФМР.

Исследования АФМР в СиС12.2Н20 и СиС12.2Б20 проводились в

широком интервале частот и = О, 7 - 4, 8 Ггц температурном интервале 1,68 - 4,2 К при фиксированных давлениях до 11 кбар в наклонном магнитном поле. Частоты выбирались с расчетом наблюдения спектра АФМР в области ориентационного фазового перехода. Представленные зависимости резонансных изохрон (рис.14) показывают, что с увеличением давления область наблюдения резонансного поглощения смещается в более высокие поля. Глубина "дипа" на угловой зависимости полей резонанса вблизи выделеной легкой оси увеличивается (рис.13), разность между полями резонанса однородных фаз уменьшается, расширяется температурная область устойчивой фиксации полей резонанса.

" Тд'3.0 к'

** «чОг-З.К 'Д -4.2 К-'

т.-^ок'

^ 1 9.2*&р;

Рис.13. Зависимость Нр( р) для Рис.14. Зависимость Нр(|//) для

различных частот и давлений различных температур, частот и

Р= 0 - 11,2 кбар. Сплошная давлений, линия - теоретическая.

Полученные результаты показывают, что при давлениях -10 кбар увеличение резонансных полей связашсо значительным изменением межатомных расстояний, что приводит к увеличению как обменных, так и анизотропных полей, что позволяет, используя методику уравнений Ландау-Лифшица, учесть плияние всестороннего сжатия на резонансные частоты и найти численные параметры, позволившие учесть уменьшение разности между полями резонанса (рис.15). Учитывая, что природа верхнего резонансного поля объясняется резонансным поглощением в области промежуточного состояния, и проводя сравнение теоретических зависимостей (сплошная линия) с результатами эксперимента на рис. 13, убеждаемся, что с увеличением действующего давления степень согласия увеличивается. А поскольку расчеты приведены в спин- волновом приближении, то очевидно расширение области применимости спин-волнового приближения.

Исследования АФМР при. высоких гидростатических давлениях установили влияние всестороннего сжатия на анизотропию межплоскостных магнитных взаимодействий, на обменные параметры, резонансные и магнитоупругие свойства, которое обеспечивает полноту информации о динамике ориентационного фазового перехода в магнитоупорядоченных средах. Позволили оценить магнитоупругие постоянные Х^ 44кбар 1>^х,= 2кбар 14кбар \ установить зависимость от давления параметров обмена и анизотропии, восстановить кривую фазового равновесия.

Весьма важной характеристикой магнитоупорядоченных веществ являются константы магнитострикции. Результаты Исследования влияния давления на магнитные, высокочастотные свойства, параметры ориентационоого фазового перехода и их связь с маг-нитострикционными свойствами представлены в восьмой главе.

Проведенный в третьей главе анализ магнитоупругих свойств орторомбического АФМ дал возможность получить выражения, из которых, используя совокупность результатов, полученных при высоких гидростатических давлениях, можно оценить величины констант магнитострикции.

В выражение для свободной энергии входит большое число феноменологических констант, характеризующих магнитную, магни-тоупругую и упругую энергию. Наиболее удачным параметром, воз-

действующим на все виды энергий, является давление, наши исследования показали влияние давления на температуру- Неепя, поле опрокидывания магнитных подрешеток, высокочастотные свойства," что позволяет определить комбинации магнитоупругих постоянных. Ибо зависимость этих параметров ВФМ от давления как раз и обусловлена наличием в АФМ магнитоупругих взаимодействий.

В табл.1 приведены результаты, полученные нами и использованные при расчете магнитоупругих постоянных.

Таблица 1.

н п анд/ар Н г сШ /ЬР г

К./кбар КЭ кЭ/кбар К/кбар КЭ кЭ/кбар

СиС12-2Н20 0, 18 6, 78 0, 142 0, 153 6, 64 0, 143

СиС1„.2Б 0 0, 172 6, 67 0, 138 0, 154 6, 54 9, 140

Полученные в результате константы магнитострикции собраны в табл. 2. Таблица 2.

,(е)

„2 -1 , -1 Э эрг кбар

СиС12.2Н20 СиС12.2020

4, 34 10 4, 15 10

23 23

-2,36 10 -1, 54 10

25 25

1,28 10 О,8Б 10

23 23

0,43 10 0,29 10

23 23

Анализ магнитоупругих свойств дополняют исследования упругих свойств гидратированных монокристаллов. Измерения сжимаемости проводились при комнатной температуре на рентгеновском дифрактометре. Определялись барические зависимости межплоскостных расстояний в направлениях (400), (040), (003) (рис. 16). Коэффициенты сжимаемости вдоль соответствующих кристаллографических осей а, Ь, с вычислены для орторомбической структуры и представлены в табл.3.

•7,5

Рис. 15. Зависимость Н ,, Н „

р1' р2

и от давления при Т-1,68 К

Рис. 16. Зависимость межплоскостных расстояний £?400> ^одо'

Й003 В СиС12 2Н2° 0Т давления

Таблица 3.

СиС12.2Н?0

СиС1 .20 О

2 , см /дин

с2/дин

(2, 39±0, 07) 10 (О, 95±0, 07) 10

-12

-12

( 2, 40+0, 07) 10 - 12

5,74 10

-12

( 2, 49 + 0, 07) 10

( 1, 02±0, 06) ю'

12 12

[ 2, 52+0, 07) 10

12

6, 03 10

12

К

а

К

Знания коэффициентов сжимаемости позволяют в выражении для свободной энергии переходить от напряжения к деформации при нахождении параметров магнитоупругих взаимодействий. Проведенные комплексные исследования раскрывают глубокую природу ориентационного фазового перехода в АФМ, проходящие в них кинетические процессы.

В заключении подводятся общие итоги работы. Подчеркнуто хорошее согласие результатов экспериментов и развитой теории. Следует отметить, что в диссертации приведены результаты исследований ориентационного фазового перехода в наклонных маг-

нитных полях как в "легкой" плоскости и оси, так и нетрадиционной "трудной" плоскости. Такое экспериментальное решение резонансными методами позволило наблюдать и определить термодинамически устойчивую неоднородную область.

Исследуя существенное изменение состояний магнитоупорядо-ченного АФМ под влиянием внешних воздействий, обнаружены свойства, ранее не проявлявшиеся, подтверждающие фызыческие представления о природе магнитных взаимодействий в кооперативных системах.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. А.А.Галкин, С. II. Ковнер, П.И.Поляков Резонансные свойства антиферромагнитного дигидрата хлорида меди под давлением// Дан АН СССР.- 1S73.- 208,- С. 811-813.

2. А.А.Галкин, В.А.Попов, П.И.Поляков АФНР в СиС12 2Н20 в наклонном магнитном поле при высоком гидростатическом давлении// ФТТ.- 1975.- 17, N 10.- С. 3123-3126.

3. А.А.Галкин, В.А.Попов, П. й. Поляков, В. Г. Сынков Зависимость АФМР в CuCl^ ЗН^О от температуры и гидро-статичесеого давления в наклонном магнитном поле// -ФНТ.- 1976,- Вып. 2, N 1.- С. 49-60.

4. П.И.Поляков, В.Г. Сынков Камера для исследований в широком интервале давлений и температур// ПТЭ.- 1977.- N1.-С. 223.

5. V.G.Baryakhtar, A.A.Galkin, S.V.Ivanova, V. I.Kamenev, P.I.Polyakov Magnetostriction effect or resonant properties of cuprqus chloride dihydrate under pressure// Proc XX-th Congr. Ampere.- Tallin, 1978.- P. 212.

6. А. А. Галкин, С.В.Иванова, В.И.Каменев, П.И.Поляков Структурные, магнитные и резонансные свойства CuC122D20// ФТТ.- 1979." 21, N9,- С. 2580-2583.

7. В. Г. Барьяхтар, А.А.Галкин, С.В.Иванова, В.И.Каменев, П.И.Поляков Нагнитоупругие свойства дигидрата хлорида меди под давлением// ФТТ.- 1979.- 21, N 5.- С. 15171522.

8. С.В.Иванова, П.И.Поляков Исслидования АФМР в CuCl .2D„0 при высоких давлениях// ФНТ,- 1981,- 7, N8,-

С. 1029-1036.

9. С.В.Иванова, П.И.Поляков Исследование магнитных, маг-нитоупругих и резонансных свойств орторомбических антиферромагнетиков при низких температурах// Препринт ДонФТИ АН УССР.- Донецк, 1982,- 50 с.

10. А.В.Олейник, П.И.Поляков О существовании промежуточного состояния в CuC12-2D20 в плоскости ас //ФТТ.- 1982.24, N 10. - С. 3190-3192.

11. П.И.Поляков, В.В.Пермяков, В. Г. Сынков Контейнер высокого давления для исследований при низких температурах в сильном магнитном поле// ПТЗ.- 1982.- N 1.- С. 201.

12. А.В.Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Антиферромагнитный резонанс в CuCl2. 2Н2<Э и спин-флоп фазовый переход в магнитном поле вблизи трудной плоскости// Препринт ДонФТИ АН УССР.- Донецк, 1983,- N 4(59).- 31 с.

13.. В. Д. Дорошев, Н.М. Ковтун, А.Н.Молчанов, П.И.Поляков, В.Г.Сынков ЯМР-манометр для измерения высоких давлений при гелиевых температурах// ПТЭ. - 1S84. - N 4. - С. 195.

14. В. В. Пермяков, Н. В. горяник, П.И.Поляков, В. Г. Сынков Устройство для измерения магнитных и электрических характеристик твердых теп// A.c. 776263(СССР)

15. А.В.Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Срыв антиферромагнитного резонанса в низких частотах в CuC12.2H20 в наклонной магнитном поле и критический угол фазового перехода первого рода// ФГТ.- 1986.- 28, N9.- С. 26352643.

16. А.В.Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Релаксационные спутники резонансного поглощения ВЧ-поля в СиС12.2Н20 в наклонном магнитном поле// ФНТ.- 1987.- 13, N 2.- С. 155-164.

17. А.В.Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Антиферромагнитный резонанс в неоднородном промежуточном состоянии (АС) пластинки CuC12.2H20// ФТТ.- 1988.- 30, N 1.- С. 283285.

18. A.B. Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Анизотропия угла срыва АФМР и критического угла магнитного фазового перехода В CuC12.2H20// ФТТ. -1992,- т.34, n2,- С. 679.

19. А. В. Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Фазовый переход из неоднородного промежуточного состояния в однородную опрокинутую фазу и АФМР СиС12-2Н20// Тезисы докладов XXWI Всесоюзного совещания по физике низких темпера-

■> 'тур,- 1990.- Донецк.- Ч.2.- С. 241.

20. В.П.Дьяконов, Г.Г.Левченко, В.И.Маркович, А. В. Олейник, П.И.Поляков, И.М. Фита Влияние давления до 20 ГПа на магнитное упорядочение в системе GBa2Cu307ä (5-1)// ФНТ.- 1990.- Вып. 16, N 11.- С. 1424- 1427.

21. А. В. Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов АФМР и переход в магнитном поле маежду однородной и неоднородной магнитными фазами в образце CuCi2 2Н20 конечных размеров// Препринт ДонФГИ. - 1990. - N4. - 24 с.

23. А. В. Олейник, П. И. Поляков, В. А. Попов Влияние формы образца на антиферромагнитный резонанс в СиС12 2Н20' при опрокидывании магнитных подрешсток// ФТТ. - 1992.- 34, N9. - С. 285 1. .

24. А.В.Олейник, П.И.Поляков, В.А.Попов Доменная структура в точке спин-флоп фазового перехода и однородный анти-феррокагниткый резонанс в СиС12*2Н20 в наклонном магнитном поле// Тезисы докладов VII семинара по физике магнитных явлений.- Донецк, 1993.- С. 78.

25. A.B. Олейник, П.И.Поляков, В. Г. Сынков Немагнитный контейнер для физических исследований// ФТВД.- 1994.- Т.4, N1, С. 88.

цитируемая литература

1. Y,J.Gerritsen, R.Okkes, В.Böiger, C.J.Gorter Antiferro-magnetic resonance in hydrated copper chloride at 32 Gc// Physica.- '1955.- 21.- P. 629-650.

2. D.Barberis, L.Pauli, F.Waldner Observation of fordiclend magnetic resonance at the spin-flip transition in layered compound// Berisht der Fruhjahrstagung der Schweizerischen Physicalischen Gesellschaft НРА. - 1981.- vol.54.-P. 232.

■ 3. А. В. Тищенко, В.И.Алешин, Д.Н.Астров Исследование фазовой диаграммы BrMnF^ методом АФМР// ЖЭТФ. - 1973,- Т.65,- С. 1583.

4. Б. Г. Барьяхтар, А.А.Галкин, Е. П. Сгефановский, В. Т. Телепа Зависимость ширины области существования промежуточного состояния в АФМ монокристалле СиС12*2Н20// ФТТ.- 1976,Т. 18, N10. - С. 3047.

5. T.Nagamiya, K.Yosida, R.Kubo Antiferromagnetism// Adv. Phys.-1955.- 4.- P. 1-112.

6. В. Г. Барьяхтар, А.А.Галкин, C.H. Ковнер, В.А.Попов АФМР в дигидрате хлорида меди на низких частотах и фазовые переходы// ЖЭТФ. - 1970.- Т. 58, N2.- С. 494.

Поляков 11.1. 0р1ентац1йний фазовий перех1д у антиферомагне-тиках: магн1тн1, високочасто'гн1 та магн1топрунн1 властивост1.

Дисертац1я на здобуття вченого ступеня доктора ф1зико-математичних наук за спец1альн1стю 01.04.11 - магнетизм, Донець-кий ф1зико-техн1чний 1нститут 1м.О.О.Галк1на Нац1онально1 акаде-м11 наук Укра1ни, Донецьк, 1996.

Захищаеться 25 наукових роб1т, як1 м1стять результат« дос-л1диень ор1ентац1йного фазового переходу (ОаП) у ромб1чному антиферомагнетику Си. СЛг -2 ¡-/¿О . Показана частотно-польова заленн1сть однор1дного АаМР у широкому д1апазон1 температур,г1д-ростатичних тиск1з у нахилених магн1тних полях. Доведено утво-рення термодинам1чно ст1йко1 доменно1 структуры 1з домен1в анти-феромагн1тко1 та сп1н-флоп фаз - антреромагн1тного проы1яного стану. Визначен1 стислиь1сть та константа ¡.¡агн1тострикц11 у кристалах, цо досл1днеь:1.

Ключов! слова: ан?я^еромагн1тний резонанс, пром1нний стан, магн1тн1 та ыагн1топруан1 властивост1, о?1ентац1йни;\ фазовий перех1д.

Polyakov P.I. Orientational phase transition in ferromagnetics: magnetic, high-frequency and magnetoelastic properties

The Thesis for the Doctor of Sciences degree (manuscript) on speciality 01.04.11 - magnetism, A.Galkin Donetsk Physiko-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Donetsk, 1996.

The results of studies to be proved are published in 25 papers. The studies deal with the orientational phase transition (OPT) in a ortorhombic antiferromagnetic CuCl2 2H20. The frequency-field dependence of uniform AFMR in inclined magnetic fields over a broad range of temperatures and hydrostatic pressures is given. It is proved that a thermodynemically stable domain structure consisting of the antiferromagnetic and spin-flop phases, an intermediate antiferromagnetic state, is formed. The compressibility and magnetostriction constants of the crystals under investigation are determined.