Спиновые возбуждения и магнитные взаимодействия в редкоземельных ортоферритах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

РГ£

ОД На правах рукописи

■ л сец , -

УДК 539.2 + 538.69

ЕГОЯН Александр Эдуардович

СПИНОВЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ И МАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ОРТОФЕРРИТАХ

(специальность 01.04.10 -физика диэлектриков и полупроводников)

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-1994

Работа выполнена

в

Институте общей физики Российской Академии Наук

Научные руководители: доктор физико-математических наук.

профессор А.К. Звездин.

к&ндидат физико-математических наук

А. А. Мухин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук.

профессор В. Г. Шавров, * кандидат физико-математических наук A.A. Минаков

Ведущая организация: Московский энергетический институт (технический университет)

Защита состоится " 26 " сентября 1994г. в 15°0 часов на заседании специализированного совета Д.003.49.03 при Институте физики РАН по адресу: 117942, г. Москва, ул, Вавилова 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики РАН. Автореферат разослан " 25 " августа 1994г

Ученый секретарь Диссертационного совета д. 003. 49. 03. ИОФ РАН

д. ф. -м. наук, профессор

Ирисова H.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние десятилетия значительный инте рес исследователей привлекают соединения, содержащие ионы с незаполненными 4и Зс1- электронными оболочками. К ним относятся редкоземельные ферриты-гранаты, ортоферриты, ортохромиты. интерметаллические Г—с! соединения. Среди таких магнетиков редкоземельные ортоферриты (РОФ) обладают наиболее богатыми магнитными свойствами, которые в значительной степени определяются редкоземельной подсистемой и ее анизотропным обменным взаимодействием с Ре-подсистемой [1-2]. Очень привлекательная черта этих материалов связана с наличием в них разнообразных ориентационных фазовых переходов (ОФП), как спонтанных, так и индуцированных внешним магнитным полем [2- 5]. Все ' это позволяет рассматривать данные магнетики как хо рошие модельные объекты для изучения различных магнитных (обменных) взаимодействий, а также ОФП в соединениях с взаимодействующими Я- и Ре- подсистемами.

Необычными являются также и динамические свойства РОФ, поведение магнитных возбуждений при ОФП [ 3 ]. В РОФ существуют два типа магнитных возбуждений (мод), относящихся соответственно к Ре-подсистеме (моды антиферромагнитного резонанса (АФМР)) и 1?-под-системе Ш-моды). Высокочастотные свойства РОФ исследовались методом АФМР. комбинационного рассеяния света, неупругого рассеяния нейтронов и в последние годы методом субмиллиметровой диэлектрической спектроскопии [3]. который оказался весьма эффективным для РОФ. Как показал теоретический анализ экспериментальных данных, моды АФМР и И-моды в общем случае взаимодействуют друг с другом, особенно в области ОФП. причем характер поведения резонансных частот обусловлен типом редкоземельного иона (РЗИ) [3].

Несмотря на то, что многие динамические свойства РОФ получили в настоящее время объяснение, тем не менее остается ряд важных вопросов, требующих дальнейшего изучения. Это. в частности.

касается температурного поведения мод АФМР в ортоферритах с немагнитными РЗИ (Y.Lu) и его связи с анизотропными взаимодействиями в Fe посистеме. динамики взаимодействующих R- и Fe-подсистем во внешнем магнитном поле, а также динамических свойств ортоферритов смешанного состава.

Целью работы является теоретическое исследование поведения резонансных частот и энергии анизотропии в ортоферритах с немагнитными РЗИ (на примере Y _хLuxFe03), в ортоферритах с магнитными вакансиями (HoFe, Al 0,, GdFe, Al 0,), изучение резонансных свойств

1-Х ХЗ 1-Х X о

взаимодействующих R- и Fe-подсистем при индуцированных внешним магнитным полем ОФП (на примере HoFe03) и определение параметров магнитных взаимодействий из сопоставления с имеющимися экспериментальными данными.

Научная новизна работы.

Проведенный анализ температурных зависимостей частот АФМР в ортоферритах с немагнитными РЗИ с учетом различных вкладов в константы магнитной анизотропии (анизотропный обмен, одноионная анизотропия) позволил объяснить экспериментальные температурные зависимости- резонансных частот в Y LuFe03 [5* ], в частности, немонотонное поведение частоты квазиферромагнитной моды АФМР. Предложена новая параметризация температурных зависимостей констант анизотропии в d-подсистеме, давшая возможность реально сократить число необходимых для их описания параметров с пяти до двух-трех и определить их для Y1_xLuxFe03 из сопоставления с экспериментом [5*].

На примере HoFe03 изучено поведение резонансных частот во взаимодействующих Fe- и R-подсистемах при различных ОФП. индуцированных внешним магнитным полем Hila-, Ь- и с-осям. выяснена природа соответствующих мягких мод. Показано, что при Hllb оси поведение частот сильно зависит от константы изотропного R-Fe обмена, что позволило из сопоставления теории с новыми экспериментальными данными по АФМР в сильном магнитном поле Hllb [6*] найти величину этой константы и определить последовательность индуцированных по-

- з -

Дано объяснение сильного влияния немагнитных примесных ионов Al3t (магнитных вакансий) на поведение резонансных частот монокристаллов ортоферритов HoFe, AI 0, и GdFe AI 0 и определены

1 ™ X X о 1 " X X J

обменные поля магнитных вакансий, соответственно равные Нту=8кЭ и Н =35-38кЭ [7*].

m V

Практическая значимость работы: результаты, изложенные в ней могут быть полезны для создания новых материалов с заданными высокочастотными свойствами, в частности, для расчетов узкополосных заградительных фильтров субмиллиметрового и миллиметрового диапазонов на основе ортоферритов Y LuxFe03 .

Апробация работы. Материалы, включенные в диссертацию, докладывались на XIX Всеюзной конференции по магнитным явлениям (1991), The 6th Joint MMM-Intermag Conference (1994). семинарах ИОФ РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения. четырех глав и списка основных цитируемых литературных источников. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, включая 40 рисунков, 6 таблиц и 94 наименований цитируемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

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

В первой главе описаны кристаллическая и магнитная структура РОФ, их магнитные статические и резонансные свойства. Обсуждены магнитные взаимодействия и фазовые ориентационные переходы, а так же резонансные свойства железной и редкоземельной подсистем при ОФП. Приведен обзор литературных данных, посвященных теоретичес кому и экспериментальному изучению статических и динамических свойств РОФ, мод АФМР во внешнем магнитном поле.

Во второй главе на примере ортоферритов Y Lu^FeOj исследуются анизотропные и резонансные свойства железной подсистемы в РОФ. Ортоферриты Y Lu FeO, с немагнитньп™ РЗИ являются удобными объектами для изучения взаимодействий в d-подсистеме.

ас, ab

Г 1-2 ]. Последнее состоит из двух вкладов: кубического (Кас abCUD) и низкосимметричного ( орторомбического Кас aborth ). обусловлен-

Основные вклады в энергию анизотропии RFe03 дают следующие механизмы: анизотропный Fe-Fe обмен ( Кас аЬех ), магнитодипольное взаимодействие(Кпг „hdlp) и кристаллическое поле (одноионный вклад)

cub -

W1'u vnac.al

о г th

I, uuyu,

ленного искажениями кислородных октаэдров, окружающих ионы Fe3+.

В результате константы анизотропии с учетом различной температурной зависимости указанных вкладов можно представить в следующем виде [ 1-2 ] (индексы ab и ас для простоты опущены):

К(Т)=Кех(Т) + KaipG0z (Т) + Korttlp2(T) + Kcubp4(T). ( 1 )

где рн(T)=<YH°>T/<YH°>0. <YM°>T-сферические гармоники, усредненные с матрицей плотности p=exp(Szx). x=(l/S)Bs"1(G (Т)). Ва"1 - обратная функция Бриллюэна, S=5/2 - спин иона Fe3+. Зависимость GQ(Т) вычисляется в приближении молекулярного поля из уравнения G0=B3(3STHG0/(S+1)T).

Обменный вклад Кех(Т) включает наряду с антисимметричным обменом • Дзялошинского-Мория также другие обменно-релятивистские вклады как квазидипольного. так и недипольного типа. Поэтому температурная зависимость Кех(Т) определяется не только традиционными слагаемыми квазидипольного типа.' пропорциональными G02(T) (в приближении молекулярного поля), но и слагаемыми с несколько иной температурной зависимостью [6]:

кех(Т) - Kex(0)G0(T)2 + кех(1)р2т +

( 2 )

+ Кех(г'р2(Т)г + Kex(3>G0(T)p3(T).

Из выражений ( 1-2 ) следует, что константы анизотропии можно представить в следующем виде [ 6 ]:

К(Т) = I к(П Г, (Т).

Uo

( з )

где Г0=С/, <ГРг-С0<, Г2=р2 -С02. Г3»Р4-С0В. Г4=Р3С0-С0-

0 ) х ( 0 )1р+^ог Ш+^сиЬ+ | ^ех(1) , ^

1*1

1 ) =^ог т^ех (1) ^(2)=^ех(г) {{(3)=^оиЬ 4)<3)

Так как функции ^ (Т) ведут себя подобным образом, то определить из эксперимента величины вкладов К(П невозможно. Более эффективной является следующая параметризация температурных зависимостей вкладов в энергию анизотропии [2*,4*,5']:

К(Т) = I К(1)ч> (Т). ( 5 )

(,ȣ> 1

где

к<°>=к<°>: К(11=П(\, 1=1....4;

^

( 6 )

Коэффициенты к определяются из условия ортогональности функций Ф, г з 4 и равны

Т„

ки = (Г1.ф^/(фгф;|). 1<ДС1. 1=1....4: к^тат:

0 ( 7 )

Кп^^ззЛГ1-0- к21 =3-4597. к31=4.6264. к32=5.5892.

к =3.7956. к =2.2218, к =1.6569-10"7 =0.

4 1 4 2 4 3

При такой параметризации роль различных вкладов существенно меняется. Во-первых, они имеют качественно различную температурную зависимость и, во-вторых, амплитуда функций ф ( 1=0,1,2,3 ) при переходе от ф0 к ф4 сильно уменьшается: 1 ч>0 I< 1, |ф11<10"1. 1фг1< <2.10~г. Iфз I < 10"4. 1ф4 I< 10-7. В результате вкладами К<3)ф3 и К(4)ф4 можно практически пренебречь ввиду малости значений функций

Ф3 и ф4. Таким образом, предложенная параметризация температурных зависимостей различных вкладов в константы анизотропии 1№е03, позволяет описывать поведение констант анизотропии меньшим количеством параметров, а именно не пятью, а двумя-тремя.

Этот подход был использован нами для объяснения температурных зависимостей резонансных частот двух мод АФМР У ЬихГе03, полученных в лаборатории субмилдаетровой спектроскопии ИОФ РАН для значений концентрации х=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5. 0.7, 1.0 (рис.1). .Поведение частот этих мод определяется соответствующими константами анизотропии в ас- и аЬ- плоскостях:

уг = (У/2Л)(2НЕКас_аЬ(Т)/М0)'

( 8 )

где к - гиромагнитное отношение. Отметим качественное различие в поведении (Т) и (Т) при малых значениях концентрации х: монотонное уменьшение (Т) с ростом Т и наличие слабовыраженного максимума для (Т). Это свидетельствует о различном характере температурной зависимости Кас(Т) и КаЬ(Т), определяемом конкурен-

цией разных вкладов в Кас(Т) и КаЬ(Т).

^.(аг1)

400 300 200 100 О

,см-1

Т, I

Т, К

1.4

1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

а.)

б.)

Рис.1 Температурные зависимости квадратов частот мод АФМР и констант анизотропии У Ьи Ре03; кривые 1-7 соответствуют значениям Х= 0.0, 0.1. 0.2. 0.3, 0.5, 0.7, 1.0. [5*].

Применив изложенную выше параметризацию (5), мы описали экс периментальные зависимости квадратов частот мод АФМР от температу ры (рис.1 ). При этом величины параметров К(1)(х) мы определяли следующим образом: значения К(0)(х) рассчитывались из экспериментальных частот мод АФМР при низких температурах, когда остальными вкладами К(1)ф1(Т) (1=1-4) можно пренебречь. Установлено, что К(0)(х) линейно зависят от величины концентрации х. Затем, из условия наилучшего согласия по методу наименьших квадратов экспериментальных и теоретических зависимостей частот V (Т) мы определили вклады *К(п и К(2) для

УРеО,: К " '=-0.6 +0.08 см"1. К (2> =-0. 2 ±0.4 см"1,

3 а с ас

К к(1)= 0.0 ±0.2 см"1. К <2)= 0.0 ±1.3 см"1.

аЬ аЬ

и ЬиРеО- К (1)= 0.1 ±0.15 см"1. К <г) = 2. 1 +1.0 см"1,

3 а с ас

К <п= 0.49+0.2 см"1, К" (2) = 0. 25+1. 5 см"1 .

аЬ аЬ

Для промежуточных концентраций мы полагали, что коэффициенты

"ас аь - "ас аь -линейно зависят от концентрации X.

Я к <2)

- - чЬ ас,аЬ

Из рис. 1 а. О видно, что энергия анизотропии У Ьи РеО в ас-плоскости сильнее меняется с ростом концентрации х. чем энергия анизотропии в аЬ-плоскости: с ростом концентрации Ьи3+ от 0 до 1 Кас(0) увеличивается практически в 5 раз от 0.201 до 1.005 см"1, а К ь(0)- менее чем в 2 раза-от 0.78 до 1.4 см"1. Вклад К(1) также по-разному ведет себя в ас- и аЬ-плоскостях: в аЬ-плоскости он положителен при всех значениях х и существенно меньше К (0), и поэтому слабо влияет на поведение V (Т) и К (Т). В то время как в УРеОз Кас(11=-0.6см"1- отрицателен и в несколько раз превышает по модулю К (0), а в ЬиРеО, К (1)=0.1 см"1- положителен и на поря-

ас з & с

док меньше К (0).

ас л^

Именно конкуренцией вкладов Кас(0) и Кас<п определяется сла-бовыраженный максимум в температурных зависимостях vJ (Т) и Ка с(Т) в области Т=300К (см. рис.1 а.б) при малых концентрациях Ьи3*,

когда Кас(1) достаточно велико по своему абсолютному значению.

Третья глава посвящена изучению динамики взаимодействующих R-и Fe-подсистем при ОФП, индуцированных внешним магнитным полем. В качестве объекта исследования выбран ортоферрит гольмия HoFe03, параметры магнитных взаимодействий которого за исключением константы изотропного R-Fe обмена были определены в [ 8 ] при описании резонансных свойств HoFe03 при. спонтанных ОФП. Фазовые Н-Т диаграммы гольмиевого ортоферрита рассчитывались в [9,10] и оказалось; что в случае Hllb оси кристалла топология фазовой диаграммы сильно зависит от значения константы изотропного R-Fe обмена [10].

Для расчета зависимостей резонансных частот HoFe03 в магнитном поле мы использовали подход, изложенный в [ 8 ] для анализа спонтанных ОФП, где Но-подсистема описывалась в двухуровневом приближении. Полурасщепление основного квазидублета иона гольмия в магнитном поле для двух неэквивалентных позиций 1,2 определяется формулой

V2-((A1.2,)2 + (Acr)2)1"'. (9)

где At _ 2' - [í^ (Hx+aFx) +BGz +Xf f^ ] ± [jiy (Hy+aFy )+Xc Cj]; Acf- полурасщепЛение основного квазидувлета иона гольмия в кристаллическом поле, f, с - параметры порядка R-подсистемы, ]х- магнитный момент иона гольмия, а, В - соответственно константы изотропного и анизотропного R-Fe взаимодействий, Xf - константы R-R взаимодействия.

Магнитное поле Hila оси индуцирует ФП из угловых фаз Гг4 и Г]2 в фазу Г£ [9]. На рис.2 приведены рассчитанные зависимости резонансных частот при ФП Г24-Гг> характерной особенностью которых является сильное взаимодействие частот v,(R) и v.(Fe) в угловой

4 1

фазе. Мягкой модой при этом ФП является мода АФМР v (Fe), хотя следует иметь в виду, что в угловой фазе Г24 из-за заметного взаимо-дёйствия мод такое разделение является в какой-то степени условным.

Для магнитных полей Hile оси, индуцирующего ФП из фазы Г24 в фазу Г4, на рис.3 представлены соответствующие полевые зависимости резонансных частот. В этом случае в отличие от предыдущего мягкой модой при ФП является редкоземельная мода v (R), которая сильно

-.9 -

взаимодействует с АФМР модой v (Fe).

Следует отметить, что поведение мод при Hile имеет определен ное сходство с их поведением при спонтанном ФП Г -г в HoFeO [8]

- 4 2 4 3

25 20 15 10

v.cm"

—i г->т '-'-»"Г""1 - -»- г -т/п—•—•—t—'-'-»—

3.4/

/ .

■ V Hila, Т-100К"

■з/Д

и 20 40 60 Нх,к.Э

Рис.-2 Поведение резонансных частот HoFe03 при Hila: l-"v (Fe),2--v2 (Fe),3-v3 (R),4-V4 (R). T=100K

v,cm

50 100 150 200 Н2,кЭ

Рис.3 Поведение резонансных час тот HoFe03 при Hile:1-v (Fe).2-

-v2(Fe),

3-V,(R), 4-v.(R).T=35K

o 4

При Н||Ь оси последовательность ОФП и топология фазовой Ну-Т диаграммы сильно зависят от значения константы изотропного И-Ре обмена [10]. На рис. 4,5 изображены, рассчитанные нами зависимости резонансных частот гольмиевого ортоферрита при Т=1.2К для двух характерных значений а=-145кЭ и а=-70кЭ , при которых спиновая переориентация имеет качественно различный характер. При а=-70кЭ она осуществляется в виде ОФП 1-го рода А-С-В, а при а=-145кЭ в виде ОФП 1-го рода А-В-С-В, Где А - фаза ), В -Г (С Г Г ).

гз г х у 34 х у г

С- Г13(су)- Характерной особенностью поведения резонансных частот является сильное смягчение обеих частот АФМР с ростом поля. Оно обусловлено неустойчивостью магнитной структуры, возникающей при пересечении (сближении) энергетических уровней основного квазидублета иона Но3+ при НIIЬ. В зависимости от значения константы а эта неустойчивость проявляется либо как переход в фазу В или в фазу.С. Следует отметить качественное различие в поведении мод АФМР для этих фаз, что позволяет надежно идентифицировать эти фазы.

Проведенный в работе анализ поведения резонансных частот дал

V, си"1 v,cm"1

40 30 20 10

100

Л —'——Г в/ с ; в

1 Hllb.T-l.2K

/ 3,4 а—И5кЭ :

"1

1

'а

3 1 24-—■—^ 1

200

Ну.кэ

Рис.4 Поведение резонансных частот НоРе03 при Н||Ь:1-г1(Ре),2--Уг (Ге).3-У3 (Ю,4-м4(Ю.Т=1.2К

Рис.5 Поведение резонансных частот НоГе03 при Н1|Ь:(Ге).2--?2(Ге). 3-У3(Ю. 4-у4(Ю.Т=1.2К

возможность определить из недавно полученных экспериментальных данных для частот АФМР в сильном магнитном поле при НIIЬ [7*] зна-значение константы а~-53кЭ и установить характер спиновой переориентации А-»ОВ как при а=-70кЭ.

В четвертой главе впервые проведены исследования динамических свойств ортоферритов- с магнитными вакансиями на примере систем саге, А1 О, (х=0. 1) и НоГе, А1 О, (х=0. 075).

1 - X х 3 1-Х X 3

Проведенные до сих пор исследования ортоферритов с магнитными вакансиями касались лишь статических свойств (намагниченность, магнитострикция)[11,12]. Следует ожидать сильного проявления эффекта магнитных вакансий и в динамических свойствах системы.

Дополнительное взаимодействие, возникающее за счет разупоря-дочения антиферромагнитного окружения редкоземельных ионов и дающее вклад в И-Ре обмен, мы учитывали через расщепление редкоземельных ионов полем магнитных вакансий Н=±НтуС, где знак ± зависит от позиции, занимаемой вакансией [11].

Дополнительная энергия анизотропии, определяемая магнитными 1 л

вакансиями, ДФ=-/ zxH 1LH , где z=8 число ближайших R-ионов

А 2 mv mv "

в окружении магнитной вакансии, стабилизирует фазу, в которой вектор антиферромагнетизма G лежит вдоль кристаллографической оси с

л

максимальным значением магнитной восприимчивости R-подсистемы . Так как восприимчивость ионов гадолиния изотропна, магнитные вакансии не дают вклада в энергию анизотропии и фаза Г4 остается стабильной в GdFe. Al О,.

1-х X 3

В то же время экспериментальные исследования на субмиллиметровом спектрометре "Эпсилон" [6*] обнаружили значительный рост частот АФМР в GdFe Al 0 (х=0.1) по сравнению с чистым GdFe03 (рис.6).

Отметим, что частоты мод АФМР в GdFe А1х03 намного превышают частоты R -мод. Поэтому в этом случае на частотах мод АФМР можно считать Gd-подсистему замороженной и принимать во внимание только статический вклад в эффективные поля анизотропии Fe-подсис-темы [13]. В этом приближении частоты мод АФМР определяются выражением

V, _ гг (Т) = [v) /е (T)]2+2fHEXGd (Т) (Hzef2+xzHmv2)G02 (T)/MQ, (10) v, ,Ffk(2Y2HrK /VMn)1/2, К Je константы анизотропии

i > ¿ L dс,ao O 8 С , & D •

Fe-подсистемы, H , Hz , - обменные поля Fe-Fe и Gd-Fe взаимодейст-

Е er

вий соответственно, м0~ магнитный момент насыщения Fe-подре-шеток, K-gMg/h, g~2.

Наблюдаемый в эксперименте значительный рост резонансных час тот (рис.6) GdFe„ „А1„ ,0, по сравнению с чистым GdFeO, может

О . 9 0 . 1 3 о

быть объяснен за счет роста второго члена уравнения (10) с пони жением температуры, основной вклад в который определяется полем магнитных вакансий. Из сравнения теории с экспериментальными дан ными (рис.6) мы определили поле магнитных вакансий Hmv=35-38K3.

V, см"

У,СМ"

20

Рис.6 Температурные зависимости частот АФМР СйГе0 дА10 4 03(1.2) [6*] и Сс№е03(1' .2') [131: 1- V ^е),2-Уг (Ге). Линии-теория. точки - эксперимент.

ю

о

40 80 т.к

Рис.7 Температурные зависимости частот АФМР НоГе0 д25А10 07503.

(И). Линии -теория, точки -эксперимент [6*].

В отличие от Сс1Ге03 анизотропия Но-подсистемы в НоГе03 велика при низких температурах, причем \у>\*»\2 • Поэтому магнитные вакансии должны стабилизировать в этом случае чисто антиферромагнитную фазу Г4(С ). переход в которую согласно эксперименту [3*,6'] сопровождается на температурных зависимостях частот АФМР скачком частоты квазиантиферромагнитной моды V (Ре) и изломом частоты квазиферромагнитной моды V (Ге) (рис.7).

Для анализа динамических свойств и СПИ в НоГе) _х А1х03 нами был использован подход, который ранее применялся для описания динамики спонтанных фазовых переходов в чистом НоГе03[ 8 ] Будем характеризовать неравновесное состояние К-подсистемы средними значениями матриц Паули 1-го Я-иона «51> = б1. Для И - ионов, в окружении которых нет магнитной вакансии, имеется две неэквивалентные позиции, а для 11-ионов имеющих в ближайшем окружении одну магнитную вакансию - четыре неэквивалентные позиции. Таким образом, для

описания ¡^-подсистемы необходимо ввести шесть подрешеток. Построив

неравновесный термодинамический потенциал системы, зависящий от Г.

в, б (а=1-б) [3 ] и используя по аналогии с [ 8 ] в качестве урав

нений движения уравнения Ландау-Лифшица для Г и С и аналогичные

уравнения, но с учетом продольной релаксации для-переменных 1?-под-

системы, мы рассчитали резонансные частоты соответственно в фазах

Г4 и Г . Всего имеется восемь резонансных мод: две моды -АФМР в

Ре-подсистеме и шесть И-мод.

На рис.7 представлены температурные зависимости рассчитанных

нами частот резонансных мод. Расчет проводился при значениях

К0 (0) =0.18К, К0 „ (0)=-0.146К, К ' =-0. 2К, к"=-0. 1К. Д 2=3.5Ки ас аЬ '2 г ех

поля магнитных вакансий Н =8 кЭ, которые находились из условия наилучшего согласия теории и эксперимента, и остальных параметрах, соответствующих чистому НоРе03 [8],

Как видно из рис.7, все наблюдаемые особенности в поведении АФНР мод хорошо описываются в рамках предложенного подхода. Что касается И-мод. то они являются достаточно широкими и проявляются в эксперименте в виде одной широкой интенсивной моды.

Цитируемая литература;

1. Белов К. П.. Звездин А.К., Кадомцева А. М., Левитин Р. 3., Ориен-тационные переходы в редклземельных магнетиках. М.: Наука. 1979, 317 с.

2. Звездин А.К.. Матвеев A.M., Мухин A.A., Попов A.M.. Редкоземе льные ионы в магнитоупорядоченных кристаллах. М.: Наука, 1985, 296 с.

3. Субмиллиметровая спектроскопия твердого тела. Труды ИОФАН. Т. 25. М. Наука, 1990.

4. Балбашов A.M., Березин А. Г., Гуфан Ю. М., Колядко Г. е.. Марчу ков П.Ю., Николаев И.В., Рудашевский Е.Г., Обнаружение щели в спектре спиновых волн в YFeO при ориентационном переходе г

- 14 -

магнитном поле // Письма в ЖЭТФ. 1985. Т.41. С.391-393. Балбашов A.M.. Гуфан Ю.М., Марчуков П.Ю.. Рудашевский Е.Г.. Природа энергетической щели в спектре спиновых волн при спиновой переориентации в магнитном поле // ЖЭТФ. 1988. Т.94, N4, С.305-313.

(К . Москвин A.C.. Бострем И.Г., Сидоров М.А. Обменно-релятивистс-кая двухионная анизотропия. Тензорная форма, температурная зависимость, численная величина // ЖЭТФ. 1993. Т.104, С.2499--2518.

7. Кадомцева A.M.. Агафонов A.n., Лукина М.М.. Милов В.Н., Москвин A.C., Семенов В.А., Синицын Е.В. Природа магнитной анизотропии и магнитострикции ортоферритов и ортохромитов // ЮТФ. 1981. Т. 81. В. 2(8), С. 700-706.

н. Балбашов A.M., Козлов Г.В.. Лебедев С.П.. Мухин A.A., Пронин А.Ю.. Прохоров A.C.. Ориентационные переходы и динамика магнитных подрешеток в редкоземельных ортсферритах: HoFe03 // Преп-принт ИОФАН. N97. 1988.

9. Воробьев Г.П., Кадомцева A.M., Крынецкий И.В., Мухин A.A.. О необычном характере спиновой переориентации в HoFe03 // ЖЭТФ. 1989. Т.95, N3, С.1049-1057.

10. Воробьев Г.П., Кадомцева A.M., Крынецкий И.Б.,Мухин A.A.. Магнитная фазовая Н-Т диаграмма ортоферрита гольмия при НI I b // ЖЭТФ. 1990. Т. 98. В. 5(11), С. 1726-1735.

11. Звездин А.К.. Кадомцева A.M., Мухин A.A.. Новые эффекты в редкоземельных ортоферритах, индуцируемые магнитными вакансиями //Изв. АН СССР. сер. физ.. 1980. Т. 44, С. 1349-1351.

12. Воробьев Г. П.. Кадомцева А. М., Крынецкий И.Б.. Лукина М.М., Мухин А.А.. Ориентационные фазовые переходы в ортоферрите гольмия с магнитными вакансиями // ЖЭТФ. 1991. Т.99, С/1319.

IX Балбашов A.M.. Во Хань Фук. Лебедев С.П.. Козлов Г.В., Мухин A.A.. Пронин А.Ю.. Прохоров A.C. Эффект "застывшей" редкоземельной подрешетки и высокочастотные магнитные свойства гадо-линиевого ортоферрита // ЖЭТФ. 1986. Т.90. В.1. с.289-306.

- 15 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена новая параметризация температурных зависимостей вкладов в энергию анизотропии магнетиков с 3d-ионами от диполь-ди польного взаимодействия, анизотропного Fe-Fe обмена и одноионной анизотропии. Новые параметры соответствуют определенным линейным комбинациям вышеперечисленных вкладов. Ввиду того, что эти линейные комбинации имеют разный порядок величины, число параметров, необходимых для описания, было сокращено с пяти до двух-трех. благодаря чему стало возможным их определение из эксперимента.

2. На основе предложенной параметризации определены величины параметров, описывающих экспериментальные температурные зависимое ти резонансных частот монокристаллов Yi_xLu¡(Fe03 [5*]. Установлено, что величины этих параметров линейно зависят от величины кон цетрации х. Показано, что именно конкуренцией различных вкладов к энергию анизотропии обусловлен максимум в поведении частоты квази Ферромагнитной моды АФМР при малых концентрациях х<0.2.

3. В рамках двухуровневой модели для Но-подсистемы в ортофер-рите HoFe03 рассчитаны зависимости резонансных частот взаимодействующих R- и Fe-подсистем при различных ориентационных переходах, индуцированных внешним магнитным полем Н, параллельном а.Ь.с осям кристалла. Показано, что при Hllb оси их поведение сильно зависит от константы изотропного R-Fe обмена. Это обусловлено сильной перенормировкой взаимодействия спинов железной подсистемы с магнит ным полем Hllb за счет изотропного R-Fe обмена. Из сопоставления теории с новыми экспериментальными данными по АФМР в сильном маг нитном поле Hllb [7*] определена константа изотропного R-Fe обмена =53кЭ.

4. На основе модели магнитных вакансий объяснено влияние при месных ионов Al3" на динамические свойства монокристаллов ортофер ритов HoFe А1х03 и GdFe(хА1х0з. Полученные температурные зави симссти резонансных частот хорошо согласуются с эксперимениальными данными[3*. 6']. Определены обменное поля магнитных вакансий, соот ветственно равные Н *8кЭ и Н ~35-38кЭ.

r mv mv

основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

!'. Мухин А. А.. Прохоров А. С., Пронин А. Ю., Егоян А. Э. Ориентацион-ные переходы и динамические свойства редкоземельных слабых ферромагнетиков// XIX Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений. Ташкент. 1991,- С. 203.

2'.Егоян А.Э., Мухин А.А. 0 температурной зависимости частот АФМР и констант анизотропии в YFe03 // Краткие сообщения по физике. 1993. В. 9-10, С. 55-61.

3'.Мухин А. А., Федоров И. В., Егоян А.Э., Лебедев С. П., Козлов Г. В., Прохоров А.С., Балбашов A.M., Парсегов И.Ю. Спиновые возбуждения и новый ориентационный переход в ортоферрите гольмия с магнитными вакансиями: HoFe А1 03 // Письма в ЮТФ, 1994, 1. С.50-54.

4*.Егоян А.Э., Мухин А.А. О конкуренции вкладов различных взаимодействий в температурных зависимостях частот АФМР и констант анитропии в YFe03// ФТТ, 1994, Т.36, N6,

■')'. Mukhln A. A.. Travkln V.D., Egoyan А. Е., Lebedev S. P., Prokhorov A.S.. Balbashov А.М., Parsegov I.Yu. Antiferromagnetlc resonance and magnetic anlsotropy In mixed orthoferrltes Y Lu Fe03 //Abstract of The 6th Joint MMM-Intermag Conference.Albuquerque, New Mexico. June 20-23. 1994, CS-07, P. 210.

6'. Mukhln A. A., Travkln V. D., Egoyan A. E., Lebedev S. P., Prokhorov A.S., Balbashov A. M., Parsegov I.Yu. Effect of magnetic vacancies on dynamic properties of orthoferrltes GdFej_XA1X03 and HoFej_XA1X03 at submlllimeter wavelenghts// Abstract of The 6th Joint MMM-Intermag Conference, Albuquerque. New Mexico. June 2023. 1994, CS-12. P. 212.

T . Mukhln A.A.. Egoyan A. E.. Wlttlln A.. Boonman M.E.J.. Balbashov A.M.. Parsegov I.Yu. Far-Infrared study of field-Induced phase transitions in Y. CLu„ rFe0, and HoFeO., orthoferrltes. // 4th In-

О . Ь 0 . 5 о 3

ternational Symposium on Research In High Magnetic Fields // Nijmegen, The Netherlands. August 29-31. 1994.