Спонтанные и индуцированные магнитные угловые фазы при ориентационных переходах в феррогранатах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ5 ОД

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ 2 3 МАЙ $<№Ш1КИИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ТАРАСЕНКО Татьяна Николаевна

СШН^ННЫЕ И ИНДУЦИРОВАННЫЕ МАГНИТНЫЕ УГЛОВЫЕ' ФАЗЫ ПРИ ■ ОРИЕНТАЦИОНШХ ПЕРЕХОДАХ В ФЕРРОГРАНАТАХ

' 01.04.07 - "Физика твердого тепа"

А ВТ О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученоя степени кандидата физико-математических.наук..

Донецк - 1994

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Донецком физико-техническом институте АН Украины.

Научкьа руководитель - кандидат физико-математических наук.

старазй научный сотрудник

ДОРОШЕВ В. Д.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук.

старта научный сотрудник

. ПРОХОРОВ А. Д. кандидат физико-математических наук, доцект

иУРАХОВСКИИ А. А.

Ведущая организация - Донецкий государственный университет

г

. Залита состоится "1^4 г. в У часов на заседаниа специализированного ученого совета Д 016.32.01 при Донецком физико-техническом институте АН Украины (340114. Донецк-114. ул. Р. Люксембург,72). "

С .диссертацией козш ознакомиться в онйщ отеке Донецкого фазшш-технического института АН Украины.

Автореферат разослан - йЯрАСй^ 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета .(^{¿¿^ ^"/¿ШОВЬЕВ Е~ Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность: Исследование различных ыагнзтоупорядоченпыз редасз келькъз (РЗ) соединенна показало, что они обладает подчас у&псг^-Kbii сочетание« физических свойств: каггашъз:. эгистрочеапгл упругих, сптачеснлх и др. Редкоземельные феррзты-гргваты (РЭП"! представлют собоа больпоа класс шогоподрегеточнъг кубгтасЕг^ ферромагнетиков. наседних парокое -прокешзю в современной макроэлектронике. лазерной- п вычислите лые! технике. СЗЧ-алектронэсе, оптоэлектроннкел т.д. . - ■

Наиболее распространекпьгга объектам для Еследоваиая штатных орхенгацгонньн фазовых переходов (ОСП) до пэдавнего времени были редкоземельна ортсферряты ЕРеОз. которые являются примером двухподрешеточнЬа ангиферромагнетиков со сдабьм ферромагнетизмом. Результаты дэучента OMI в ортоферрнтах подыгозены в монографии [ I]. К й^-йенту начала проведения исследований по теме диссертационной работы' слагалась явная, диспропорция меаду степенью изученности ОЙ1 в двух ваиных .классах РЗ мапгатодазлектргков - ортофер-рятах п. феррогранатзх SsFes0a. предстаапягадзс собой ишгоподреше-точные • ф&рримашйтзкл.. Как- показали иссладовашш, проведенные в • последние года, в Р35Г найлсдастся спонтанные ОМ: при изменении температуры происходят переориентация оси легкого намагничивания (ОЛЯ) от одсого крнсталлог^этеского папрайжшя к рутому 11].

. ОЗЯ в ферротаг-гранатах могут быть классифицированы различным образом. С одной стороны, возгкшза классификация по роду фазового ■ перехода. . т.е. kcskq = выдешть рФЦ.. nga которых ориентация ■ памагкячешгоста относительно осей крхсташза.. изменяется скачхом^кн изменяется гоэшо. G другой сторош,- учитывая' наличке нескольких годреяеток ' в фэррхгах-граяатах. ыохвэ "выделить ОЮ. причиной которых является конкуренция, вкладов в магнитную анизотропии ионов Fe** а- я-. d-подреиётох и редкозеыельвда -зонов с-подреветки (либо различие ыагнктвнх зонов а- - и й-годрепетоя -щаг диамагнитной с-подргпгетке) пря отшсктельво высоких температурах.

Hps нпзетх- те<шэратурах магнитная анизотропия, железной подре-петкн часто значительно ыеньяе аквзотропни редкоземельной подре-иетки. ■ и* сйшовйя переориентация может происходить из-за того, что с температурой изменяется, состояние редкоземельной подсистемы. Таете OMI практически всецело определяются сильной анизотропией одних' :ред5Соземельвых' конов с-подреветкн. И. наконец, возмоги; классификация по тому признаку, ашзотропные взаимодействия какого максимального порядка. Еестого шш восьмого, долзны учитываться

дпя удовлетворительного описания ОФП. Последняя классификация . почти эквивалентна отнесению ОФП к высокотемпературным и низкотемпературный переходам.

Для ошса!31я спонтанных ориентационных фазовьа переходов в кубжческнх магнетиках была предложена орнентацконная фазовая диаграмма при учете анизотропных взаимодействий 4-го н 6-го порядков (то есть пта учете констант магнитной криставшграфзгческоа аЕкзотрошш К( s Kt¡ [I]. Экспериментальные исследования, спонтанных ОФП в кубических соединениях со структурой граната к шинели подтвердили основыьа вьшоды этого рассмотрения, в рамках которого реалкзуэгся только шсюкост^ыгтрвчные иатштные фазы, с намагыг-чззшостю й вдоль главных кубических осей типа <I00>, <III> в <П0>..а соответствуйте ОФП являются переходами первого рода.

Однако, такое феноменологическое рассмотрение на удовлетворяет экспериментатьньы данкьш пря температурах, близких к температуре еидкого гелвя. т.е. не объясняет магнитную структуру сяльвоанкэотрошш кубических соединенна при Т-0' К к налгчне в ш угловых фаз. Для нхх характерной осоденшстыо является налячаэ значительной третьей койстакта магнитной крастаклографа-ческса аназотрошн к^.

Спшукда к ассзздоваяяр йнзкотемдаратурного товеденая некоторых РЭФГ шслувала работа Геллера а Балвстрано (21. оонарушшзах ыэтодои иессбауэровской спектроскопы в самарвевои ферргте^-гранате еэоЙьяеыз угшБьэ фазы <uvO>. с которых камаптенность зачзшает произвольное гглояензе в шюскостяг тепа ЦЩ Представляет значительный интерес провеста шаек кошх назкотемперату рша ОШ в друга: РЗ ферретах -гранатах, а такте вДентвфщировать yrísosuo магштныэ фазы, решшуздеся в гж usase текператур фазозого превращения. \ ' ^

Получек»© данше могут быть ксдальзозаш для Еоапаекского эксперЕшентапьюго г теоретического изучения шпятноа кристшшз-графическоа аназотропаа РЗ гранатов пра низки температурах, поскольку достиашыэ ыагнатныз поля зачастую недостаточны для прямьос иследоваша анизотрошк. '

Из сказанного вже следует ваядасть в актуальность экспера-ыднтальных i теоретических неелгдовавхй МП а новых uanam&c состояний в таких sopero ЕЗБествьа в цироко пргменяюшися в . соЕрзкзнной теате'сойдннешях. какнма являются РЭМ\

ПйВЬ работы: изучение иагттта угловьа фаз пра ОФП. происходящих-как с изаененЕем температуры С сгьсотакнье). так ti щш нзыеке-

ппз Епегкего упругого папргскеяЕЯ С^щуцдроБэгаьи) в сзлыгоавазо-тропньз редкоземельных йерритах-градатал.

02ШЙШ2 2ШШЗ:

1. Построение орнентаплскнои ;>азогоя /лагргт! кубических кагнетяков при учете анизотропных взаимодейстгна госьуого перяяпа.

2. Поиск. шзкотеьгпературпда С'Л в рэдхозе^ельннх <;<?ргптаз:-граяатая.

■ 3. Исследования орпентгд-ош^з фазо-цг периодов з, пттргтЗ-сакарг.евьз ферритал-граяатаи и построение эхспармеятагытоа оргмнтэдионпоа фазовоа дпзгра>;мы.

4. Исследование спиноэоа переориентации в сттргз-дпспрозневьп форргггах-грапатат; изучение особенностей магнитной структуры даспрозкевого феррита-грз:ата методом £НР 57Ре.

5.' изучение ОСП б иттриеисм я ггдапгаиеЕом ферритах- гргштлг. пняуцирс^аийа упругими. напряЕснгкик.

6. Исследова!2:е. ОФП в лттриа-кремЕГовых феррогранатазс.

НЭШЕЗЯ- ^опттзня диссертационной ртйоты состоит з следукдеа:

I. Впервые последовательно рассчитала феноменологическая ориептацяоазая фазовая ддагра'^а кубических нагнэттжов при учете трея констант -магнитной нрнсталлографпесгюй анизотропии. ; . '2. _ ПрОВЭДЕН 1С0Ш2еГ.С}2Э 1>гп?лтт~:"2 ПССГЙДОВЛЛИЯ С?П в системе . зттрзя-саиарлевыж ■' ферритов-граватсз Зп'/^Ге^О^. ■ Получены значения текларатур спиновоЗ переориентации и определена тежера-туршя загнсшость угла "ориентации Егмзпггчешсстл в углопьа фазах <шлО>. '"По ансьаяияи восприимчивости восстановлена (х. Т) -фазовая диаграмма.

3. Обнаружен шгакотеьшературЕьО: ОИ в концентрированной днсярозиев'сн феррите-гранате. ■. '

. 4. Магпитнкд . ^етодиханн и. кетодоа ЯН? "Ре исследованы . ■сгонтанпаз 01'П первого рода из -. Еъюсхосги^'ет.п-я^я фаз <111 > в 'угловые <шж>. пролсгодпгле в системе Оу^У^Те^о^ (0,2<х<3). Показан^. ..что температура 'перехода практически не зависят от кощентрацил диспрозия. ■ ■ "

5. Проведено- исследование- статичэскоЗ ¡¿аппткоа структуры диспрсзкевого феррита-граната при Т=4,2 К цетодоа Я1£Р Получена дозазательстза бозмогеости реализация углогыт фаз самого общего Елда типа <ц\л»>.

6., Впервые ■ методом Я№ ~7?а Изучены ОФП. индуцироваяше одноосными ■ упругими нащкгзнияки. В У^е^о^ наблюдались Еизкоснниет-ричные угловые фазы <ии»> при осевоы сватки вдоль оси <П0>. В

Cd.Fe.QuTaK23 фазы индуцировались внесним: упругим напряжением, придоиезким вдоль оси <001 >.

7. Показано, что в аттриа-кремнневых ферритах-гранатах отсутствуй ОФП i» реализуется только высохосимьгетричные фазы <III>.

Основше гоижеиия. выносише на защиту.

1. Результаты построения фешнешлогнкческоа ориентацнонной фзэовзй диаграшы кубических магнетиков при учете анизотропных йзанмодейстркй восьмого порядка.

2. Поиск сркевтацюнньв фазовых переходов в редкоземельных фбррятах-граягта£ при низких температурах.

3. Исследование угловых магнитны: фаз и соответствующих ОШ в зттра-самагаевьзг Sejf Fe о . ип^-диспрозиевых Dy Y- Fe о ,

ж 9 Ям • к 9 ж 9 %Ж

а итгрий-кремниевья Y3Fe3_,sl„°„ ферритах-грачатах.

- 4. ЗзсследаваЕже ОСН. ицд>цярованш*х упругими напряжениями. в ¿гтрвзвом и гадолсяизвом ферритах-гранатах.

Ваучнта и практическая ценность работа опредглйется совокупности) зхсзериментадьньп дантд и местом, которое зашшают (Ш и гагвитаье состояния в физике магнатши явлений. Ш изучение углу<5-Л2£т научше представления о природе магнитной крзстаппографичес-аой анизо грохан. Кроме того, одаоосггаг давленая, легко регулируемые по величкае. эффективно т.шшл на резонанса^ свойства кубических магнетиков, а это ыосет касте пршенекяе б СВЧ-устрозствах. дза перестройка, фкльтров. резонаторов, ограшчателей.могзостн.и т.д.

Апрпляття ¡agflJM. Осшэвшг результаты, излоиешые в дк- серта-ции. докладыались:на XTI а 2vil Всесоюзных иоференциях по физике магнитив явдеша С Тула. 1383.Донецк. ¡S85): на Всесошком семинаре "Кагнитдаз фазовье перехода в крэтическае явления (. Напачкала. -1934); на республниавсхом научном семинаре "Спиновое эхо. Применение для анализа свойств магнитных материалов н( создания устройств" (Алуита. 192&):на VIII Всесоюзной хоиференци» "Состояние и перспективы развития методов получения к анализа ферритовых материалов к сырья яга них" < Донецк. 1987); на республиканском научной сейша ре "Фазана ферритов а магнитдах диэлектриков, Hz применение в технике" (Донецк.1987).

По материалам диссертации опублиховавэ 15 Печатал работ.

СТРШУИЛ 1 О&ёМ двссеш-апд. Диссертация - состоит аз введения, семи глав, заюняения в. списха литературы (144 наименования). Работа содержит 72 рисунка. 4 таблицы. ооаиа объем работ составляет 188 странт маяииояксабго твиста.

KPATKOS СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований спонтан-иых и индуцированных ориёнтадионных фазовьк переходов в РЗ ферритах-гранатах, изложена научная новизна и практическая значимость работы, формулируется цель и задачи диссертации.

В первой главе приведен литературный обзор имеющихся работ по теоретическим и экспериментальные исследованиям ОЭД в кубических магнетиках. Даны термодинамический анализ спонтанных магнитных СИП и феноменологическое рассмотрение спонтанных OMI в куби-чесглх магнетиках. Приводится обзор экспериментальных работ по спонтанньы ОШ в кубических ферро- и ферримагнетиках: в интерме-таллидах типа фаз Лавеса RFe2 и Р,Сог. в металлическом никеле, в магнитодиэлектрихах - ферритах со структурой шпинели и граната.

Во второй главе описываются методика измерений, аппаратура и образцы. Дан краткий обзор кристаллической и магнитной структуры редкоземельных ферритов-гранатов (РЭФГ). Анализируются анизотропные вклады в частоты ЯМР и их связь с локальной симметрией и магнитной структурой, рассматриваются спектры частот ЯМР "Fe з ферритах-гранатах. Описаны импульсный спектрометр ЯМР и анизометр. метод обработки кривых вращающих моментов для определения первых трех констант магнитной анизотропии. Кроме того, приводится описа^ле пресса для создания одноосных давлений при низких температурах, а также рассмотрена методика регистрации начальной магнитной восприимчивости. Описаны образцы редкоземельных ферритов-гранатов, на которых проводились измерения, способ синтеза поликристалличегких образцов.

Третья глава посвящена построению феноменологической ориента-ционной фазовой диаграммы при учете анизотропных взаимодействий восьмого порядка и поиску низкотемпературных фазовых переходов в . редкоземельных гранатах. Впервые попытка постороения такой диаграммы бьша предпринята в работах Atzmony U., Dariel М.РЛсм., например, [ 3]). Однако в этих работах приведены лишь фрагменты диаграммы, полученные в . результате проведения компьютерного численного расчета, и кет общего последовательного аналитического рассмотрения. Случай К3<0 вообще не рассматривался.

Свободная энергия неограниченного Содксдоыенного) кубического кристалла в отсутствие внешнего магнитного - поля представлена как Е <ñ,T! = К (Т К а2«2 + а2а2 + а2а2 ) + К ага2а2 +

А .1 * У У * XX 2 х у г

->- К (TMaV + а* а" * aV) ..........(I).

где г ^ Т) - константы анизотропии, заваслщзе от температуры;

:Г--К/ , направляхязе косинусы ~п по отаозеша к глаиаи

кубическим осям. Последовательно рассютрега два случая: Кэ<0 а (з>0. В первой случае (р;зс. I) при всех возможных соотношениях К и К5 ьшшгуму свободной зкэргаи отвечают только выеохосншетричньге ыаггетше фазы <Ю0>. <Ш> п <П0>. как п в случае Кэ=0. Соответственно, все ОФП являются пэреходаки первого ¿ода. Однако, при учете Кз ОФП <110>^*<100>. происходит с п/.стерезксоы. При больших значениях модулей К> и

^=Кг/|Ка| шеются овлас!» сосуществования двух- шпсггных фаз, одна кз которых является иетас-гасильной. При напж значениях |К | и |К*| Свкутря четырехугольника 'ЙЙШ. .кагдоа точке даагрдмш« отвечает три фазы - одна аСсояотко устосчявая. и две 1:стастабкльЕЬ5г. В крзгслоской точке (КК2=-5/4) энергии всех трех фаз одинаковы. Без учета К3 такая скгуаш^я п^зет иесто только ь тривиальном случае изотропного магнетика.

На рис. 2 представлена ораенгацмщЕЯ Еаагра^а для случая К3>0. 552НПЫ313аа2Я (I) ПРИВОДИТ-X ГКТЕ ВО^^СГЛ-^ АШГКГШС^! фазам -Еькохоскшетрзчжх* <100>, <Ш>,. <Н0> а !^;зг-ос:аиетричкш (угло-<мчо>, п <ии»>... Какагпжчэшисть в госаедз-шх зани^аь-т преиз-волыюе направление. в плоскостях' таи. {100; и ч1Щ. .соотеотст- . сешэ. Поскольку стайашы как з^зсоиоссазтргааз. .так с угловы? фазы. ОФП догут •. багь .каа- гарвого. так 2 второго рода. Ошетш осЕзвказ особенности дзаграм:.!! Гиреордеатдал от <П0> к <Ю0> пра К >2 (траектория 130 всегда 'кроьсдодэт кс-преравио через дга-ОФП второго рбда к промеауточкьа уг-поекэ фазы <иуй>. В то ае • время' переориенташш <100>^+<Ш> е <И0>^<Ш> -иогут происходить как скачкой (гкстерезиь-кгк? пгреход» первого рода пра больших значениях |К(| ц |К2|). так и.через проиегуточние угловат фазы <uuw> (траектории ОР и ЙБ). Итак. • ф^нокенологгческо* (сшаетрианое) рассмотрение с учетов Кэ -указывает- на многообразие ОФП в кубических, магнетиках. обнаруг&же 'которая представляет определенный интерес. Ввиду теоретиче'сКЬ2'-'г;€«51й>иноста рааяиэацйр. различных угловых фаз и одееэтгвдоюи^&^доДо'в.' сил ярадпрОДт поиск спонтанных переходов во всей •^од.'^жоз^у^.^аа.-^ррврра- ' натов по особешьуупш шзкочастотной ¿¿¿¡лепной. х&ОД'&шедвс&ти.? В. результате был обнаружен. кроме известного. ь' егдор&ггм

гранате, неизвестны! нззхагежер^туршьд; переход г ¿ейпрозиеьои гранате. ^Незаакскмо к сд-ювреыенко этот переход обнаружен тахгэ фращузехими исследователя*.« АиЬегг С., М1с*.г11ли.2.141.

Ркс. I. 1 ОрпэнгацяопЕэг. фазовая дкаграггла куОпчесгсого ферретег-. нетпка при Кэ<0.

-- - лики:

фазовых переводов;

«/•«./к)----------- - линии

потери устойчивости фаз.

, >\ -ч • 01®,, . f- Чо-'* <-щгл[ -

• 1

, /ТЗ&ц] Л'.-^W. j

JiUI ■'

я-, w ¿-v '

■ X ^ . . !

Рис. 2. Ориентгционкая ' фазовая.. , дяатрд^ма кубического Ферромагнетика при к >о..

-10В четвертой главе приводятся результаты комплексных магнитных исследований спонтанных ОФП в иттрий-самариевых ферритах-гранатах "■^«Зш/е^^ (х= 0.27; 0.51: 1.05; 1,57; 2.1?; 2.5: 3). Предпри->-ятые нами исследования позволили сущест енно уточнить характер низкотемйературного ОФП. По кривьм моментов вращения определено, что в У-Зи ФГ при низких температурах реализуются низкосимыетрич-

фазы типа <^о>. когда направление ОЛН отклоняется от оси • •ЛЮ> на угол V и занимает произвольное полезете в шыЮОь Восстановлено семейство температурных зависимостей Т) ( рис. 3). построена концентрационная зависимость предельного угла р при Г»0. получены температуры фаговых переходов для кгздого состава, которые определялась - также по макв$$умам начальной магнитной восприимчивости.

Полученные данные позволяют сделать вывод, что температура ОФП <110>^*<иу0> резко падает с уменьшением содержания самзрия, также изменяется предельный угол отклонения ОЛН от р( 0Ю =38" при х=1.57 до <(*. 0К) =31" при х=3. ' (. х, -фазовая диаграмма (рис.4) востанавливаласъ по аномалиям восприимчивости. При высоких температурах во всем диапазоне замещения 05X53 реализуются фазы <Ш>. В составах с большим содержанием самария понижение температуры приводит к ОФП 1-го рода <111 >^»<П0> при Тго- При дальнейшем понихении температуры наблюдается второй ООТ <110>^»<1л/0. г температура Т^) С уменьшением содержания Самара уменьшаются. и температуры фазовых переходов. Для состава х=1.05 не наблюдаются оба ООП. Экстраполяция линий 0?П <Ш>-^<П0> и <110>-^кшд>> к СК дает значение критической концентрация самария .1.

Для объяснения обнарухеннойв У^Еп^е.о^ сильной зависимости температур и Т^ от концентрации самария В. Неквасил (Прага) предпринял полуэширичееккй расчет в приближении изотропного ибмена редкая земля-железо с учетом одноконного анизотропного взаимодействия редкой земли с кристаллическим полем регетка. РЗ ион в структуре граната находится з додекаэдрическом окружении ионов О2" и кристаллическое поле, действующее ¡а ¿;ои. определяется параметрами этого додекаэдра. При замещении иона самария иттрием с сильно отличахвдм-я зонным радиусом. происходит деформация окружения, что приводит к язмененшэ параметров кристаллического шля. Расчетная дааграша качественно соответствует экспериментальной диаграмме.

Пятая глава посвящена исследованию , ОФП 1-го рода <111>^»<иишх в яттрий-диспрозиевых ферритах-гранатах

Л. ^роЗ ««!> Iff

I'M!

о to я T, к

Рис. 3. Температурные .зависимости уггл р. спределтгсего ориентации н 3 глазах <uvo> гранатов Y^So/e 0 .

*

/

Ряс. 4. Э к с г. с- р-:1. м :• rr rui ь • í X. Т ) - фаз с s ал : ¿г гракатов Y за Fe о .

>» ж 1 ti

45

5

Рзс. 5. Углови? зависимости ысяента зрахения ао>»оу.растаглпеского

-'..л./*,0,*-

Ркс.6. Углогые за&исиыоста намагниченности t'y.re^O^. I-эксперимент; 2-рас-чет для структур ^ ö, <55* ; 3-расчет для ö^>55"; 4-расчет для е-5а\

-12113 КРКВЫ2 врадающкк моментов следует, что п:; из главных кубических направления <Ю0>. <П0>' и <Ш> пря вдз.ш-температурах не является ОЛН. а имеется два нуля на кривых и О), соответствующих ©¡<55* и ©2>55* (рис. 5) * Проведение ••Еэмзрзг^ь-намагниченности У-Пу ©Г при 4.2 к с цельо .• иизгш^ашсй,. резлизукаикся угловьш фаз однозначно показывают: намагниченность. максимальна не в каком-то главном направленш!.. а ицешо. прз направлении Н под урои к <Ю0>. Это такхе подтверядаат даныыз по ЯМР 5Те в образце я=0.2.. Из соотношения интенсивностей лпшй октаэдрическкз конов при Т<ТП 1:2:1 следует реализация фаз <иии> . т. к. для фаз <иию соотноиеюзе интенсивностей лшшп долгно быть 1:1:2- -.

Весьма наглядно показана реализация' угловых фаз с <55* на основании изучения утловш зависимостей намагниченности наське-ния. С этой цель» измерялась намагниченность Ву/е.^ в функщш угла в между <Ю0> и внешним полем Н в одном квадранте.- вклгяат-аем все три'главные направления. На рис. Б линиеа' I представлена полученная, угловая, зависимость намагниченности. Эта экспериментальная зависимость сопоставлялась с теоретический зависимостями для двух магнитных, структур с »1<55* к ©2>55" (Й отклоняется от <Ш> к осям. типа. Ш0> в подскоотях типа {НО». .Намагниченность считается жестко закрепленной в. энергетически,. выгодных доменах. С1ш>ноашзотрогашх гранатов-Оу^ТедО^. . Видно, что модель с б>, с линия 2) хорошо соответствует-гэксперойшнгу-в-:.отлгзд1е от-модели с, ( ЛИНИЯ 3).

Методом- . вращающих . моментов,: и« .ЯМР,.- востановлеш

температурные зависимости .ориенташш: намапкченкости- в угловых фазах и определен род ОФП <Ш>'-»<иии>. ■ При понижении температуры до Тп угол скачкой пеняет свое значение, и- становится равный ®1гр' что соответствует фазовому перекоду 1-го ,рода. Первьй-род ОФП подтверндае.тся такяе. на. микроскопическом ».уровне-методом ЯМР.'. Трансформация спектров: вблкак^йт^„происходит: скачком,.. претерпевают разрыв изотропная и анизотропная составляющие '.-частоты ЯМР:

По аномалиям начальной магнитной восприимчивости и-методом врашающих моментов установлено, что теьшаратуры : переходов Тп практически не зависят от концентрации диспрозия • и:составляют 13,5£1,5 К. Так как. в области температур, где осуществляется ОФП <111 >:р»<иитд/>, а!Изотрощя , железной . подсистемы намного меньше анизотропии-диспрозиевой подсистемы, причиной- перевода, является исключительная изменение- с. температурой '.состояния редкоземельной

-13-

нодскстеин. ' '

. Различие поведения систем сУ„'1',_/е,01г :5 5а„у >./'-'• по-впятаему. связано со следующим обстоятельством. Ъ первой из

систем постоянная крмсталлическои рекеткч а к рангах составов почти"'.одинакова: (ат,г"12.376 А. апу(Т=12.405 А). Поэтому пул язмененин хсщсктрации диспрозия слабо изменяются транет:.« додеказдртгеесхого окружения ионов Оу а следовательно, л Уфястадяяческке поля, .деастэуюаие на эти иокя. В самарии-гггтряевьэ с - рратаз - гранатах постоянная ре-петкя с ил. но за: иоит >.т состава (азт„.=12,529 А). 'Ло приводит к значительному изм-.-нетак параметров додекаэдра и. н~'Х уаед«;т»яе. к изыокену.ю кристаллического поля, дг^ствукцего на иен Бс*.

Б этой ге главе проведено исследование особенностей аапит-•:оя структуры РУ/е,0,, нетодоа ЯНР 3/ге. Для обнаружения сигнала яг? от ядер 3Тг оьгл синтезирован по.'лхристзлялческиа образец Оу/е О обогааенньа ""Ие до 951. Спектра ЯМР г^гаотри-;«"л:?лг!сь при -1.2 К нетодсч спинового з'за в условиях. отЕ^чажих набгцдешпэ сигналов от вну.тр'.шсне'ге.с: яг,ер к достиенип ш>_>к<'Г:> разресегл'-я. Как показывает статистическая .^оып'Еггернля о'-рз^откл. спектр а-ионов Ре®" з 0уо Уяовлетаорзтелью- списыва-

ется резонансный. яжий. Наличие г .».-•; хпиц'М с

соотгететае« интенсивностеи. близким к 1:2:1. однозначно подтверждает сусестаованзе магнитких' фаз типа <ии*>. Но такал обраб-^гка ь^удоадетаоратезьна а случае &уОГ. . Статкетяческая оора^гка спектра ЯИ? 'Ву^е^о четырьмя резонаиск-ан "¡.-«л::;: дгет гораздо лучшее соответствие эгеляграмету (<£а.*?ы . По наяд*..---«

резонаненкч частотам линия была опр»-;дед~;-и проекта : с--О.'-Ь-й. • «=0.693; а* углы м кубаческииа ти:и

<1СО>:' р =57.0"; р =45,7". р2=Ь2.2 *. Угол ыс-.-да намапц.'чен»&сти железных подрс-г^тск аз плоскости типа. <1I<л соотавдл.-г 4.5".

• Проекция И на плоскость. ШСг характеризуется углей <*=г4о*. хоториа сильно отягчается от значься £>=39*. азмеренного методов враадпцях яоментов. Такгн со раз си. данное ЯНР свидетельствует, что в углох'ьг фазах дяслрозиевого граната суптрйа кс-'еш- 2«гстк редхозене.ил::: подросток чеколдинеарен моментам а- н •¿-подр-.гётлк. 'Сопоставляю;« спектров >ИР Гглспрозчевого гргяатч со 'сг.ехтрй.42 граната Ьу„ позволяло с;;-?лать зу-оя. "то пс

угелачс-гсЫ степени дя«магнитного разоавгиид Р'? п'агег.ет:;:: ебнарузоннс-л не ко лднке арность ун^ньга-'-тг-я у в О'/ ^ о ргаягпуотся Фазы 'типа <иц^>.

Глчга Б. Возможно и представляет определенный интерес изуче-угловых фан и ОМТ. индуцированных упругими напряжениями при осевок сжатии или растяхешш кристаллов. Это создает дополнительную одноосную (при а 11 <Ю0> или <111Я или ромбическую (при о 11 <110>) анизотропию. которая может вызвать новые разнообразные ОМ1 и угловые- магн-итные фазы, отсутствующие в недсформированном состоянии. Последонательное теоретическое рассмотрение основного состояния напряженного кубического магнетика с точки зрения ОМ1 ¡•шолнено в I 5].

Экспериментальные исследования ОФП. вызванных упруглми деформациями, проведено методом спинового эхо ЯМР В7Ре в гранатах си .Ре О и У Ре о , не испытывающих спонтанных ОФП. В обоих

-I 3 12 ,Э о (2

случаях индуцировался 01>П второго рода <111 >^<П0>. причем в случае YíFe5Ol2 1Х1Оо,\«1<0) сжимающее напряжение прикладывалось вдоль оси типа <П0>. а в случае СйэРе.012 (\оо>0) - вдоль <Ю0>.

В са Ре о

3 3 12

Рис 7.

а): Частоты ЯМР 57Ре а-ионов Ре** в функции внешнего напряжения.

б). Зависимость утла о мехду М и осью <Ю0> в функции напряжения.

Точки - экспериментальные даннь.о, линии - расчетные значения.

На рис.7 представлена зависимость резонансных частот а-ионов! Ре3* Сй^е^о^ от приложенного одноосного давления при Т=77К. При нулевом давлении наблюдаются две линии с соотношением интенсив-ностей 1:3, что отвечает тачальным магнитным фазам <111>. С ростом \а | линия с большей интенсивностью расщепляется на две, так что спектр состоит из трех линий с соотношением интенсивнос-тей 1:1:2. Намагниченность плавно отклоняется от <111> в плоскостях .{I10}. т.е. реализуются фазы <иию. Вращение заканчивается при |о"к|=2.4 кбар, а при больших давлениях вплоть до максимально-

~6 кбар спехтр состоят из двух линий,г что отвечает симметрич-1 фазам <110>. Таким образом, обусловленная напряжением одноос-I магннтоупругая анизотропия заставляет намагниченность отвора-заться от лептах осей <11:.> и. от прилохенного напрязения ■ловьзэ фазы <iiuw>), и после завершения ОФП второго рода iv>^*<110> реализуются четыре вырожденные фазы типа <П0> с К в пределе больших давлений &1ФГ становится эквивалентам -рагональному легкоплоскостному ферромагнетику.

Зависимость резонани&сх частот октаздрическях ионов Fe** от шояенного напрягенхя . в аналогичная. По датам ЯМР

:становлены- барические зависимости угла разворота ¿апгаченностп э угловых фазах. Таким образом. изучение зозыугошэ"^ методом ЯМР "Fe OKI. кннуцхроваммг односаьм vnsea ноио-срксталлов CiFe^o^ н Y/e,0tl- позволяло утвердить • фрагменты теоретических фазозкх диаграмм.

В' седьмой. главе проведена проверка результатов авторов Зоты f 61 . обнаруживши на основания качественного анализа гктрдв ¡'ессбауэра брзентацибш^ переходы 2-го рода [1>^*<1С0> через углоЕые фазы <uu»> в.(У-51)-ФГ. Объяснение аествования этих переходов • на основания хорооо разработанной колонкой тео'рет . магнятной • анизотропии иоксз Fe" оказалось груднлтельньа. ввиду чего актуальны* являлось изучение -Sli-ФГ -aKjoptaTaiiiiiJ ;.*ето^ои ЯМР. Синтезированные нами и гестоэанже в ДонФТН. а в Проблемной лаборатории магнетизма' МГУ раэцы Y-S1 феррогранатов были. однофазагя я. имели параметры =ёткз. точно соьяадакгие с параметрами образцов в работе {6J. нако. ЯКР-асследования наглядно показала,, что з. < Y-S1 i-ФГ ановая переориентация не происходит; • а в дхапазоне температур /,-300 X 'стабильны фазы- <111>. как и в чистои Y-ФГ. Таким разом, была показана ошибочность выводов авторов работы I 61.

'ВЫВОДЫ'

1. Рассчитана • оряентацибнная фазовая диаграмма кубических гкетиксв при учете анизотропна взаимодействий восьмого порядка я случая Kt<0. Пря всех возможных соотношениях Kt, К^ и Ks мини-му свободной энергии отвечает только Ёьсокосиыыетричние магнит-е фазы <100>„ <Ш> н <Н0>. Соотьетственно. все ОФП являются реходами первого рода, происходящими с гистерезисом. Определена атачесхая точка (К* =1/4. Kj=-5/4J. в которой энергии всех трех з одинаковы. .

2. Произведен последовательный, аналитический расчет

ориентационнов фазовой диаграммы для случал Кэ>0. позво.12Б2вй уточнить опубликованные диаграммы. Найдены области устойчивости углсшх л сяыыетричных магнитных фаз, лишшл фазовых переходов е. критические точки (в частности, определена линия фазосого перехода <Ш>^.<иию).

3. Проведены комплексные магнитные исследования (измерения моментов вращения, наыагчнченности, восприимчивости) образцов . иттрий-самариевых ферритов-гранатов • Зо/э-/®»0« (0,27£Х£3). Найдены температуры'ОФП <Ш >-£»<110>^<шЛ>> Тга н Т . а также температурные зависимости угла р<, определящего ориентацию намагниченности в угловых фазах <иуО>.

4. По данньы магнитных измерений восстановлена экспериментальная ориентационная (х.Т) - фазовая дкаграмаа ферритов-гранатов системы Зи<У>_1(Рев011. Найдено, что при х^ ¡>. 1.1^ при пошяении температуру ..уаблзодаетск та же последовательность ОЭД <111>^»<110>^<иу0>. в феррите-гранате самария Би/е^О^. С

ростом диамагнитного разбавленкя температур»! переходов уменъпаззт-ся. При х<хч во всем темпер?туриоы диапазоне наблюдаются только высокосшааетричные фазы <Ш>

5. Проведе^аы комплексные магнитные н резонансные исследования ОФП . первого рода <Ш >^»<ииы> . в иттрий-дзспрозиавье. ферритах-гранатах Ву^^Ре^^. (0,25x^3). Катодом врадажзи моментов . н ЯМР зтРе -восстановлены температурные зависимости угла ориентации намагниченности в фазах <ииы>. Из измерений. восприимчивости и вращающих моментов следует, что теиператрура орнецтацнонного фазового перехода слабо, зависит от концентрации диспрозия и составляет 13,5+1.5 К. ТаЗше почти не изменяется с составом угол • отклонения ОПН от <1И>-оси.

6. Низкотемпературные ОФП <ЯЮ>£»<иуО> в' Еттрий-саыарневых и <111>-^<иш¥> в иттрий-диспрозиевых ферритах-гранатах хорошо качественно описываются в феноменологическом Приближении .с учетом тре?. констант^, К2 и кэ магнитной-кристазшографйческойанизотропли.

7. При гелиевой температуре изучены спектры ЯМР "Ре а- и (1-ионов Ра3* в- обогащенном изотопом 37Ре образце феррита-граната диспрозия. 0У/е5012. Сложная структура' спектров. ЯМР свидетельствует о возможности реализации в 'этом кристалле- легких, направлений

, самого общего вида типа <иу»о, ранее не набЛйдавйязся в. ферритах-гранатах. Определена ориентация вектора намагниченности йелезных подрешеток относительно главные крнсТадлографйЧекйг осей, типа <100>. Привлечение результате® ЗюолеДовайия моментов вращения

шзволкло обнарузэть кеколлянеарность результирующих монетой гелезньп. п редкоземельны! подрешеток. ■

8. Сопоставление спектров ЯМР диспрознеВого граната

со спектрами грзлата Dyo_jYi_sF'.?riOti показывает, что по мер* увеличения степени диамагнитного раэоавлення редкоземельной подрыт ка сОнарузенная неколлинеарность уменьпается к в ОУ,^,./'-'^« реализуются фазы типа <uuw>.

9. Методов ЯМР "Fe изучен орйентацяо^гд фазовый переход 2-го рода, индуцированный внесши упругим сзкмакзш напрягени-г» вдоль <001 >. в гадолнниеЕом феррите-гранате, ни испигызахегм спонтанных OWL Зависимость частот ЯМР для а-ионов Fe* от напрзиения однозначна определяет, что намагниченность плавно »радаетсл от легких направленна <Ш> к направлениям <П0> через угловыя фазы <uuw> в плоскостяз ткпа-ШОь

10. В иттриевоы фйрртте-.гранате методом ЯНР "Fe изучен Ш1

2-го рода. индуцированкъа саямаюяюа напряжениями, пралоз'-яьыи вдоль оси <И0>. При этой намагниченность отклоняется от <1П> к <П0>.з плоскостяз (ПО), т.е. реализуется 4 гырозденние угловые фазы <uuw>.

11. Для Gd.Fe^o^ а определены арятэтескне значения капрягешга я восстановлены баряческяе зависимости-угла разворота взйагнэтегзюстя.

12. Изучет салатная и крас, алло хгмическая струхтура (У.-31)-ферратоэ-пиатов иетодом ЯМР ,7fe. Показано, что у всех псследоваигьг образцов в шперзаале 4.2-300 К легкими налравле-

язягатся ccu <1II>,. a oOHa'pyzeiass кессйауэровсиш методой ссоятагоьгэ йОД -it углоеьэ фазы отсутствуют.

', ЩГШ=ОЗА№АЯ ЛИТЕРАТУРА

I. 0р::е!п-21г.0гпь'э фазогь» переходы в редхозене лыгл иагкетлхах / К." !L Белов. А. К. Звездин. Л. И. Кадокцева. Р. 3. Яевятин. - И.: "Наука". 1979. - 320 с. .2. GeHer 3-. Balestrlno С. Magnetic phase transitions In sanarlua Iron garnets // Phys.Eav.3. - 1360. - 2ьЯ9." - Р.4(т-'10Г;3.

3- "Atzaony U.T Diirlel H.Pl fionrajor cubic syssetry aies of e<is>

Signet lzat ion In rare-earth-Iron Laves coEpounds // Phys.Bev B. - 1S76 . - 13.39. - P.4006-4014. '

4. Aufcart G., mcheluttl B.' Magnetization reorientation in OylG at low tesperature'//.-J.Magn. tb£n. Hater.- 1983. - 3i -34. -P.811-612.

-165. Бучелъников В. Д. . Шавров В. Г. Спин-переориеягационные фазовые переходы в кубических магнетиках при упругих напряжениях // ФТТ. - 1981. - 23.65. - С. 1296-1301.

6. Balestrlno G.t Geller S. .Tolksdorf V.. VlUlch P. CoBposltlon-dependent spin reorientations In silicon-substituted yttrlua iron garnets // Phys.Bev.B. -1980.- - Р.22в2-2289.

Основные результаты изложены в следующих публикациях;-

1. Бородин В. А.. .Дорошев В.Д.. Тарасенко 1.Е Автоматический • анизометр для исследования магнитной анизотропии ферро- в ферримагнетиков в диапазоне температур 2-400 К // Донецк. 1981.28 с. - Цеп. ВИШИ J6660-8I.

2. Бородин В. А.. Дорошев В. Д.. Тарасенко Т. Н. Ориенгационная фазовая диаграмма кубических магнетиков при учете анизотропных взазоюдеаствиа восьщШг. порядка // Физика металлов и металловед. - 1983. -'56.*2. - С.^-225. . • ."•

3. Бородин В.А.. Дорошев В,Д.. Орлов В.Н... Тарасенко Т.It Ориенгационная магнитная фазовая диаграмма ферритов-гранатов системы SinxY3-xFe50l2 // Тез- докл. XYI Всесоюзн. koHj. по физике магн. явлений, Тула. 1983.(6-7. сентября): - с. 183-Г84.

4. Бородин В. к.. Дорошев В.Д.., Орлов В.Н.. Тарасенко ,Т.Н. Сшн-переориентационнмй фазовый переход в ферритах-гранатах системы.

■ Dy_(Y:^xFe30ii // Тез. докл. XVI Всесоюзн. кон&. по физике магн. явлений. Тула, 1983.(6-7 сентября). - с. 185-186.

5. Бородин В; А.. Дорошев В: JI. Тарасенко Т.Н.: Исследование.методом ЯМР ориентационньк фазовых переходов в .ферритах'.'со структурой граната. вызванных внешними одиооснши напряжениями // .Тез, докл. на Всесоюзн. сеьашаре "Магнитные . фазовые- перехода и критические явления". { Махачкала. 10-13 сент. 1984г.) .- с. 55-56..

6. Бородин В."а. . Дорошев В.Д:. Левитин Р, 3., Неквасил В.. Орлов .

B.Н.. Тарасенко Т.Н. Сщн-переориентационше' фазовые ^переходы в ' иттрий-самариев.ых ферритах-гранатах // ЖЭТФ. - 1984. - §£.*6. - .

C.2255-2261.

7. Бабушкин Г. А.. Бородин.В.А. .Дорошев В. Д.. ДевитинР. 3.,: Орлов ' В.Н., Попов . А. И. . Тарасенко Т; Е . Спиновая: переориентация в диспрозий-иттриевых ферритах-грачатах - DyxYa_j<FeBOia // ЖЭТФ/ -• 1984. - §2,*3(9). - С. 989-998. . .*".' ...

8. Бородин В.'А.. Дорошев В.Д. , Тарасенко Т.Н. Изучение методом ЯМР : "Fe ориентационного фазового перехода B-Y/e^^. индуцированного внешним напряжением // ФТТ. - 1985. - 27.J62. - с. 583-58Ь".

-199. Бородки В. Л.. Дорошев В. Д.. Тарасенко Т.Н. Спин-переорисптщя-ционнък фазовые переходы в одноосно сжатых ферритах-rp/iü.'.r.ri '/ Тез. докл. XVII Всесоюзн. конф. по физике магн. явлении (Донсцг. 24-27 июня IS85 Г.). - С. 35-36.

10. Бородин В.А.. Доропев Б.Д.. Тарасенко Т.Н. <~гпш-переор;''ЛГга-цконныа фазовый переход в одноосно схатоы гадолиниовом с->гри-те-гранате // ФТТ. - IS8S. - ¡LS. Й4. - С. II85-IIS7. '

11. Бородин В. А.. Доропев В. Д.. Тарасенко Т.Н. Иссг.едованзге о г. ... бенностеа магтошюа структуры диспрозкевого феррита-х'раната методом 5»? "Fe // ОТ1. - 1937: - 22.43. - С. 2557-2:j53.

12. Бородин В.А.. Дорозев В.Д.. Тарасенко Т.Н. УглоЕые мзлмткл-фазы в иттрий-диспрозиевьгх ферритах-гранатах / Донецк, 1537. -28 - Деп. ВИНИТИ JMI77-B37.

13. Доропев В. Д.. Бородин В. А.. Кузнецов Э. Н.. Савоста М Н.. Тарасенко Т. Н. Изучение игпш тноа и кристадлохим/чс-сноп струкг/ры хттриа-кремниеймг ферритов-гранатов // Тез. докл. XVIII Всесоюза коиф. "Состояние и перспективы развития

- методов получения и анализа ферритовых материалов и сырья дет ют". с. 70. Донецк Л 9S7.

14. ДороЕез В.Д.. Бородин В. А., Савоста М. Н.. Тарасенко Т. Н. Спкн-переориентацкоине фа^ОЕые переходу в ф^рритал. со .структурой граната.' 1933 г. Деп. ЗИККТН Ü7C35-B33.79 с.

15-Бородин В. А. . Дорозев В.Д.. Ку^.£ецов Э.Н.. Рубан В. А.. Савоста H.H.. Тарасенко Т-. Н- 0 существований спиноеой переориентации в яттраЗ-креинневыг феррзтах-гранатах // ФТТ. - 1929. - 21.ÄI. -С. 297-300.

Ответственна за гьлуск К. А. Белопэловскки

Подписано я печати Н 0<i.9<< Форкат.бЭ к 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл-печ.л. I.I Уч. .-изд. I.I. Tspas 100 экз. Заказ .