Субмиллиметровая ЛОВ-спектроскопия манганитов RMnO3 с конкурирующими обменными взаимодействиями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

; /

■ I

На правах рукописи

Травкин Виктор Дмитриевич

Субмиллиметровая ЛОВ-спектроскопия манганитов ИМп03 с конкурирующими обменными взаимодействиями

01.04.07- физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидг

Москва - 2009

003476455

Работа выполнена в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Мухин Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Шавров Владимир Григорьевич Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН

'Ср фшйко-ма 1 ема 1 ических наук, Думеш Борис Самуилович Институт спектроскопии РАН

Ведущая организация: Московский энергетический институт (технический университет).

Защита диссертации состоится 28 сентября 2009 г. В 15 часов на заседании диссертационного совета Д 002.063.02 при Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН по адресу 119991, г.Москва, ул. Вавилова 38, корп.1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН.

Автореферат разослан 2&августа 2009 г .

Макаров В.П. тел. 499-503-83-94

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Редкоземельные манганита RMn03, (R - редкоземельные элементы или иттрий, а также кальций), со структурой перовскита, являются объектами интенсивного изучения в течение последнего десятилетия. Соединения данного класса демонстрируют ряд необычных магнитных, диэлектрических и транспортных свойств и характеризуются сложными магнитными фазовыми диаграммами. В ряде составов при изменении температуры обнаруживаются фазовые переходы, как магнитные, так и сегнетоэлектрические.

Изначально привлекли к себе интерес манганита легких редких земель R=La, Рг, Nd с частичным замещением редкоземельного иона R3+ (РЗИ) неизовалептной примесью, например Са2+ или Sr2* [1]. Это легирование резко увеличивало проводимость, изменяло характер её температурной зависимости с полупроводникового на металлический и приводило к переходу антиферромагнитной структуры (в чистых составах) к ферромагнитной (при концентрациях -10% и более) за счет механизма двойного обмена [2-3] между разновалентными ионами марганца Мп3+-02"-Мп4+. В этих системах в 90-х годах было открыто колоссальное отрицательное магнетосопротивление (KMC) [4], проявляющееся вблизи температуры магнитного упорядочения, которое придало новый импульс исследованию данных материалов. Многие из них обладают температурами магнитного упорядочения близкими к комнатной, что открывает возможность для технических применений (сенсоры магнитного поля, головки чтения магнитной записи).

В последнее время большое внимание привлекли манганиты с РЗИ из середины ряда - Gd, Tb, Dy, оказавшиеся в некоторой области температур мультиферроиками, т.е. веществами с сосуществующим сегнетоэлектрическим и магнитным упорядочением [5-6]. Особенностью этих соединений, в отличие от манганитов с более лёгкими редкими землями, является возникновение сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических свойств в состояниях с модулированной, нецентросимметричной (циклоидальной) спиновой структурой, определяемой конкуренцией обменных взаимодействий, обусловленных eg- и 12В-электронами ионов Мп3\ Наличие сильной магнитоэлектрической связи в этих системах может привести к появлению новых типов спиновых колебаний, в частности, возбуждаемых не только высокочастотным магнитным полем h, но и электрическим полем е.

г

х h

2 \ у

Раскрытие физических механизмов, отвечающих за свойства этих соединений, определение взаимосвязи кристаллической структуры и магнитного и сегнетоэлектрического упорядочений, изучение влияния замещений на магнитную структуру необходимы как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения.

Важное значение в изучении физических свойств и явлений в манганитах имеют разнообразные спектроскопические методы, позволяющие получать информацию о характерных электронных, магнитных, решеточных и др. возбуждениях. При этом многие возбуждения (антиферромагнитный резонанс в Мп -подсистеме, электронные магнитодипольные переходы в редкоземельной подсистеме) попадают в субмиллиметровый и дальний ИК-диапазон, и их изучение может дать новые сведения о характере магнитной структуры кристалла и определяющих ее обменных (магнитных) взаимодействиях.

Цель работы.

Целью диссертационной работы является изучение с помощью субмиллиметровой квазиоптической ЛОВ-спектроскопии (ЛОВ лампа обратной волны) магнитных и диэлектрических свойств и спиновых возбуждений в разнообразных магнитных структурах, определяемых конкуренцией обменных взаимодействий, в замещенных Ьа1_хАхМпОз (А=Са, Бг) и незамещенных редкоземельных манганитов ИМпОз (Я=Рг, N(5, Бт, Ей, Ой, ТЬ).

Научная новизна.

В работе получены следующие новые научные результаты:

1. . В манганитах Ос1МпОз и ТЬМпОз, а также ЕиьДхМпОз с пространственно модулированной несоразмерной магнитной структурой (синусоидальная, циклоидальная), определяемой конкуренцией обменных взаимодействий между ближайшими и следующими за ближайшими ионами Мп3+, обнаружены новые спиновые колебания (электромагноны), возбуждаемые переменным электрическим полем и дающие значительный вклад в диэлектрическую проницаемость.

2. Обнаружены моды антиферромагнитного резонанса в манганитах систем Ьа<-х5г,МпОз (х=0 - 0.1) и 1л1.хСахМп03 (х=0 - 0.15 ) и изучена их эволюция с ростом легирования при переходе кристалла от антиферромагнитного к ферромагнитному состоянию. Это позволило сделать важный вывод о том, что этот переход осуществляется через скошенную магнитную структуру, определяемую конкуренцией антиферромагнитного сверхобмена (Мп3*-02—Мп3+) и ферромагнитного двойного обмена (Мп3+-02~-Мп4+).

3. В слаболегированных манганитах Ьа^ГхМпОэ (х~1%) обнаружены дополнительные (примесные) моды, свидетельствующие о наличии магнито-неоднородных состояний.

4. В манганитах с магнитными редкоземельными ионами РгМпОз, ММпОз и БтМпОз, кроме мод АФМР, обнаружены новые магнитные возбуждения в подсистеме редкоземельных ионов Рг3+, Мс13+ и Бт3*. Это позволило определить основное состояние этих ионов в кристаллическом и обменном (Л-Мп) полях и последовательно описать их вклад в статические и динамические свойства.

5. В СаМпОз с антиферромагнитной структурой в-типа, определяемой сверхобменом только через ^ электроны ионов Мп4+, впервые изучены антиферромагнитный резонанс и диэлектрическая проницаемость, проявляющая необычное поведение при антиферромагнитном упорядочении.

Положения, выносимые на защиту.

1. Существование новых спиновых мод, возбуждаемых переменным электрическим полем (электромагноны) в мультиферроиках бс!МпОз, ТЬМпОз и Еиь хУхМпОз с пространственно модулированной несоразмерной магнитной структурой. Обнаружение значительного уменьшения диэлектрической проницаемости при подавлении модулированной структуры магнитным полем.

2. Концентрационная зависимость частот антиферромагнитного резонанса свидетельствует о наличии в манганитах Ьа1.х Эг^МпОз (х=0-0,1) и Ьа].х СахМпОз (х=0-0,12) скошенной магнитной структуры, а не электронного разделения фаз на чисто ферромагнитные и аптиферромагнитные области,

3. Обнаружение примесных мод в слаболегированных манганитах Ьа1.х8гхМпОз (х~1%) указывает на неоднородность скоса магнитных подрешеток.

4. В манганитах РгМпОз, ШМпОз и ЭгаМпОз обнаружены магнитодипольные переходы в основном мультиплете редкоземельных ионов и определены расщепления их нижних уровней в кристаллическом и обменном (Я-Мп) полях.

5. Обнаружение антиферромагнитного резонанса в слабом ферромагнетике СаМпОз и сильного влияния магнитного упорядочения на диэлектрическую проницаемость.

Практическая значимость.

Результаты диссертационной работы могут быть положены в основу разработки новых магнитных материалов с высокими значениями магнетосопротивления и магнитоэлектрического (магнитодиэлектрического) эффекта. Практический интерес представляет обнаруженное в манганитах уменьшение диэлектрической проницаемости

(-10%) при подавлении элегаромагнона в магнитном поле, позволяющее управлять показателем преломления на частотах вплоть до терагерцового диапазона.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: Вторая объединенная конференция по магнитоэлектронике. (2000 г., Екатеринбург), 8 European magnetic materials and applications conference, (Ukraine, 2000), International Conference on Magnetism (2000, 2003 ), 32,33,34 совещания по физике низких температур (2000,2004, 2006), Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism», EASTMAG, (2001,2004), NATO Advanced Research Workshop Smart Materials for Ranging Systems, ( Russia, 2004), International Conference "Functional Materials» (2001,2003,2005), international Conference "Nanoscale properties of condensed matter probed by resonance phenomena", ( 2004, Russia), The European Conference "Physics of Magnetism'05" (2005, Poland), XVII, XVIII, XIX и XX Международные школы-семинары «Новые магнитные материалы микроэлектроники», (Москва, 2000,2002,2004,2006); International Symposium Spin Waves (2007,Россия), Moscow International Symposium on Magnetism, (2002,2005,2008, Москва).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 31 печатная работа, в том числе тезисы 18 докладов на научных конференциях.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включая 57 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 110 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана цель работы, её научная новизна и практическая значимость, описана структура диссертации.

Первая глава представляет собой литературный обзор по теме диссертации. В п. 1.1 приводятся сведения о кристаллической и магнитной структуре редкоземельных манганитов со структурой перовскита с общей формулой RMn03, где R=La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Но, а также Y и Ca, [1-6] об обменных взаимодействиях R-R, R-Mn, Mn-O-Mn. Обсуждается влияние кооперативного эффекта Яна-Теллера на орбитальное упорядочение в LaMn03 и воздействие замещений лантана неизовалентными примесями (Sr, Са) на магнитную структуру. Отмечено, что конкуренция исходного антиферромагнитного сверхобменного взаимодействия (Mn3t-02-Mn3+) с двойным

(ферромагнитным) обменом (Мп3+-02'-Мп4+) приводит к переходу от антиферромагнитной структуры (в чистых составах) к ферромагнитной с ростом концентрации до ~10%.

Другой характерной особенностью, связанной с конкуренцией обменных взаимодействий в нелегированных манганитах ЛМпОз является эволюция их магнитной структуры в зависимости от ионного радиуса редкоземельного элемента гя. Это приводит к тому, что, начиная с Я=Еи и далее для вс1, ТЬ, Оу при антиферромагнитном упорядочении возникает синусоидальная несоразмерная структура, а не слоистая структура А-типа [5-6], Это происходит вследствие изменения соотношения вкладов в сверхобменное взаимодействие между ближайшими и следующими за ближайшими ионами Мп3+ при уменьшении углов связи Мп-О-Мп в аЬ-плоскости для РЗИ с малым ионньм радиусом. Последующий переход синусоидальной структуры в циклоидальную для 1*=ТЬ, Оу приводит к возникновению спонтанной электрической поляризации.

Вторая глава. Во второй главе описаны методики синтеза и аттестации исследуемых соединений, описаны методики измерения спектров пропускания и обработки результатов измерений.

Монокристаллические образцы для исследований бьии синтезированы методом зонной плавки с радиационным нагревом в Московском энергетическом институте. Ренттенофазовый анализ показал, что все полученные образцы однофазные, но многие являются двойниковыми, как правило те, в составе которых были редкоземельные ионы с наибольшим в ряду ионным радиусом Ьа, Рг, N(1. Образцы аттестованы путём измерения намагниченности и электрического сопротивления в полях до 1,2 Тесла, в интервале температур 4,2 -300 К.

Спектры пропускания исследуемых плоскопараллельных образцов измерялись на спектрометре субмиллиметрового диапазона с лампами обратной волны (далее ЛОВ) в качестве источника излучения [7]. Эти измерения проводились в диапазоне частот 3 -32 см"1, в интервале температур 3 - 300 К, в отделе субмиллиметровой спектроскопии ИОФРАН. Часть измерений на аналогичном спектрометре в магнитных полях до 8 Тесла проведена в Институте физики университета города Аугсбурга (Германия).

Для определения диэлектрических характеристик кристаллов (е', е") и параметров линий поглощения, спектры Т(у) моделировались известными формулами Френеля для пропускания плоского слоя с учетом частотной дисперсии магнитной и диэлектрической проницаемости вблизи резонансных линий:

ц(у) = 1 + £кДцкук2/(ук2 - V2 + ¡уДук), е(у) = 1 + ХкДекук2/(ук2 - у2 + ivAvt), (1)

d=0.968 мм T=4.65 К

3 мм 4.2 К

где Vk, Avk , Дцк и Авк соответственно, резонансная частота, ширина линии и вклад в магнитную и диэлектрическую проницаемость k-ой моды. В результате такой обработки спектров T(v) были получены температурные зависимости параметров мод.

Третья глава содержит основные результаты исследований антиферромагнитного резонанса (АФМР) в манганитах с немагнитными РЗИ La, Eu, легированных стронцием и кальцием. В п.3.1 изложены результаты измерений АФМР в составах Lai.xSrxMnOi, где х=0; 3%; 5%; 7.5%; 10%. Примеры спектров при Т~ 5К, демонстрирующих эволюцию F- и AF-мод АФМР с ростом концентрации Sr, приведены на рис.1. Образец с х=10% оказался уже чисто ферромагнитным, в котором AF-мода отсутствует, а F-мода превращается в моду ферромагнитного резонанса.

На рис.2 приведена зависимость частот АФМР и спонтанной намагниченности от концентрации стронция при гелиевых температурах. Там же представлена теоретическая зависимость частот АФМР от концентрации, в

предположении однородного скоса подрешйток марганца (модель де Жена [3]). Видно, что для скошенной структуры теория хорошо описывает поведение F-моды и качественно согласуется с поведением AF-моды, давая завышенные на -10-15% значения частот. Модель электронного разделения фаз [8] на чисто ферро- и антиферромагнитные

составляющие предполагает слабую зависимость резонансных частот от концентрации примеси. В этом случае, с ростом концентрации должна меняться только интенсивность линий поглощения, что противоречит нашему эксперименту. Таким

1 0.1 0.01 1 0.1 0.01 1Е-3 1

0.1

1

0.1

0.01 1

1 0.1 0.01 1Е-3 1 0.1 0.01 1Е-3

1.44 мм 15 К

1.661 мм 3.75 К

-»WSPj

15

20

5 10

Частота,ст

Рис.1. Примеры спектров пропускания образцов

Ьа1.х5г,МпОз.х=0; 1%; 3%; 5%; 7,5%.

АР-квазиантиферромагнитная мода АФМР,

Р-квазиферромагнитная, I - примесная мода. Точки -эксперимент, линии - модель.

образом, можно сделать вывод об эволюции магнитной структуры в манганитах лантана, легированных стронцием, от антиферромагнитной структуры в чистом составе

в ферромагнитную при концентрации стронция более 10% через скошенную фазу.

В п.3.2 изложены результаты измерений АФМР в составах Ьа^хСахМпОз, где х=0; 2.5%; 5%; 10%. Эволюция частот АФМР также соответствует однородному скосу, как и в случае стронция, но незначительно отличается количественно из-за различий радиуса ионов Са2+ и Бт2"1". В целом можно сделать вывод о предпочтительности модели однородного скоса по сравнению с электронным разделением фаз [8,9] на обогащёшше электронами ферромагнитные области и обеднённые антиферромагнитные.

В работах [10-14], посвященных рассеянию нейтронов в легированных манганитах лантана, сообщалось о наличии магнитных неоднородностей, названных авторами «ферромагнитными каплями». С целью проследить развитие неоднородностей магнитной структуры при легировании манганита лантана стронцием, нами были проведены измерения на составах с концентрацией примеси 1% и 2%. Результаты измерений изложены в п.3.3. При низких температурах в спектрах образцов с примесью Эг 1%, помимо наблюдавшихся в чистом ЬаМпОз линий АФМР и ниже их по частоте, появилась примесная мода. Положение линии свидетельствует о большем скосе подрешёток марганца вблизи примеси, по сравнению с окружающей антиферромагнитной матрицей, а её малая интенсивность указывает на то, что примесь влияет на очень малую часть вещества образца. Надо также отметить, что данное «расслоение» на две фазы с разным скосом происходит только при низких, менее 30 К, температурах.

Картина возбуждений в 2%-ном составе отличается от 1%-ного тем, что после расщепления Р-моды частота основной линии уменьшается, а примесной Б'-моды

Концентрация Sr.

Рис.2.Концентрационная зависимость частот АФМР в Lai. ,Sr,Mn03. Точки - эксперимент. Смягчение F-моды и слабая концентрационная зависимость AF -моды хорошо согласуются с модельными вычислениями.

растёт выше частоты АР-моды, возбуждаемой в другой поляризации. Фактически, примесная мода превращается в квазиферромагнитную моду АФМР.

Для сравнения были проведены измерения на образце манганита европия Еи^ хБгхМпОэ с 2% стронция, которые подтвердили существование примесных мод, а следовательно и магнитных неоднородностей..

Четвёртая глава содержит основные результаты исследований АФМР в манганитах с магнитными РЗИ из первой половины ряда редкоземельных элементов Рг, N(3, Бт. Ниже точки Нееля спины марганцевой подсистемы в этих соединениях имеют слоистую антиферромагшгшую структуру со слабоферромагнитным моментом вдоль оси с (АуРг) [15]. Обменное взаимодействие Я-Мп приводит к поляризации парамагнитной подсистемы Я-ионов, что дает дополнительный вклад в гяябоферром2П1НТП1лЯ момент ;; маппггкую анизотропию. Как показали проведенные исследования, редкоземельные ионы значительно изменяют динамические магнитные свойства манганитов, приводя, в частности, к возникновению возбуждений, обусловленных электронными переходами внутри основного мультиплета редкоземельного иона, расщепленного кристаллическим и обменным (Я-Мп) полями. Эти редкоземельные моды взаимодействуют со спиновыми возбуждениями в Мп подсистеме, приводя в результате к образованию связанных колебаний магнитных моментов Я- и Мп-ионов. На рис.3 представлены температурные зависимости частот наблюдаемых линий поглощения в манганите а) самария БтМпОз, б) неодима ШМпОз и в) празеодима РгМп03.

В п.4.1 изложены результаты измерений АФМР в манганите празеодима РгМпОз-Учитывая, что мода, наблюдаемая на -13-14 см'1 (рис.Зв), проявляет заметный рост интенсивности при низких температурах, который коррелирует со значительным ростом восприимчивости зцс! мы полагаем, что основным состоянием иона Рг5*, дающим главный вклад в магнитные свойства при низких Т, является квазидублет (т.е. два синглета, расщепленных кристаллическим полем на величину ДС() и отделенный от других возбужденных состояний. Это заключение хорошо согласуется с результатами измерений магнитной восприимчивости: расщепление квазидублета Рг3*, определённое из зависимости хдДТ), приблизительно равно 13 см"1.

В п.4.2 изложены результаты измерений в манганите неодима ШМпОз. На рис.Зб) представлены температурные зависимости частот наблюдаемых линий поглощения.

Интенсивность низкочастотных

25 20

V5 * 10

5

0 25

20

| 15 >

10 5

25

20 \ 15

>

10 5 О

'к* 1 I I , I I , 1 I I I , , _ 8тМп03 а);

1 ; Л

V ^

: М , , , 1 X , , 1 , . , 1 , ■

ММп03 5)~:

|т. :

-... 1 ... р 1 ; . , , 1 , , , 1 Ч , . 1 , ■

РгМп03 »)-.

АР

;_ ш ч " -

: Я2 -. , , 1 , , , 1 р^Л. : V ...... « 1 . , *! . :

О

20

40 60 80 Температура, К

100

мод возрастает 1/Т) с понижением температуры, что указывает на их связь с электронными переходами в парамагнитной N(1 подсистеме. Две высокочастотные моды, Ур и Удр, частоты которых проявляют значительную температурную зависимость, могут быть идентифицированы как две моды АФМР в Мп подсистеме.

Поведение резонансных мод в №МпОз было

проанализировано в рамках того же подхода, что и для рассмотренного выше Р1М11О3. Рассчитанные температурные зависимости резонансных частот двух АФМР мод, Р, АР, и двух редкоземельных мод 11],Иг, связанных с электронными

Рис.3. Температурные зависимости резонансных частот в переходами внутри дублета

8тМ„0,(а), в ХЙМпО, (б) в РгМпО,(в). АР - ^ демонстрируют неплохое

квазиантиферромагнитная мода. Р - квазиферромагнитная ' г

мода. 111,1*2 - редкоземельные моды, обусловленные согласие с экспериментом при

переходами внутри основного дублета (квазидублета)

редкоземельного иона. Точки - эксперимент, линии - НИЗКИХ Т. Отметим, ЧТО модель.

моделирование проводилось самосогласованно со статическими данными (слабоферромагнитным моментом вдоль оси с и магнитной восприимчивостью) и позволило определить соответствующие параметры магнитных взаимодействий (см. Табл.)

В п.4.3 изложены результаты измерений в манганите самария вшМпОз. На рис.4 представлены спектры пропускания плоскопараллельного образца БтМпОз, толщиной

1 0.1 0.01 1Е-3

1

0.1 0.01 1E-3

1 0.1 0.01 1E-3

1 0.1 0.01 1E-3

SmMnO,

i . . i . i

T=50K

•RI

3,5 К

...........

2.141 мм при низких температурах. На рис.За представлены температурные зависимости наблюдаемых линий поглощения.

Температурные зависимости параметров мод позволяют идентифицировать их как моды АФМР в Мп подсистеме. При

ориентации излучения Ь ± с при

температуре ниже 20К появляются ещё две линии, около 6 и 7 см"\ Частоты линий с температурой меняются слабо.

Линия на частоте ~6 см"1 более интенсивная, её вклад в статическую магнитную

проницаемость растёт с понижением температуры,

примерно как 1/Т. Это указывает на то, что её происхождение связано с электронными переходами внутри основного дублета самария, расщеплённого обменным полем марганцевой подсистемы. Это подтверждается измерениями статической спонтанной намагниченности.

В заключение главы приведена таблица значений некоторых характеристик и параметров обменных (магнитных) взаимодействий, найденных для манганитов Ьа, Рг, N(1, Бт: Чрд? , %ш± и Не - соответственно, частоты АФМР, поперечная восприимчивость и обменное поле в Мп -подсистеме, Ксь, аьМ° и Шс - эффективные константы анизотропии слабоферромагнитный момент ионов Мп3+; Уи , Дсг, Дех, Щ а -соответственно, частоты И-мод, расщепления основного (квази)дублета в кристаллическом и обменном (Я-Мп) полях и магнитные моменты ^-факторы) дублета.

10 15 20 Частота, cm'

25

Рис.4. Спектры пропускания плоско-параллельного бездвойникового образца SmMn03 толщиной d=2.141 мм. hic. При понижении температуры ниже Тц в спектрах вначале появляется квазиферромагнитная мода АФМР -F. При понижении температуры ниже ~7 К упорядочивается самариевая подсистема. В спектрах появляются редкоземельные моды R1.R2. Точки -эксперимент, линии - модель.

Параметры ЬаМпОз РгМпОз NdMnOз втМпОз

Тк, К 140 97 85 60

тс (4.2 К) 4 2.0 38 3

Мп-подсистема уР(4.2К), см'1 20.5 11.16 23.6 21.16

Уар(4.2 К), см'1 19.5 21.4 26.4 22.0

см /г 1.4* Ю-4 1.1*10"4 0.96*10^ 1.2*10"*

НЕ, Э З.ЗЧО* 3.9*10:' 4.5*10" 3.7*105

Ксьмп, эрг/г 4.8*10" 2.3*10" 2.8*10" 5.2*10"

КаЬМП, ЭРГ/Г 5.3*10" 6.2*10" 5.0*10" 5.6*10"

Редкоземельная подсистема УК1,2(4,2К),СМ"1 - -14-15 13.0,14.7 5,5, 7.0

йс, Ив - - 1.8 0.4

Иа,(М-1£), Ив - 2.1 1.2 0.75

ДсЬ см"1 - 13 - -

Я-Мп взаимодействие Ам(Ау), см"1" - - 14 6

ЛС*(А*)> см'1 - 3.6 -7.5 5

Пятая глава содержит результаты исследований новых (электроактивных) спиновых возбуждений в манганитах с ионами Ей, Ы, ТЬ. Особенностью этих манганитов является сосуществование в некоторой области температур магнитного упорядочения и электрической поляризации [5-6]. В этих составах, в отличие от манганитов РЗЭ с большим ионным радиусом, в точке Нееля (40-50 К) возникает не антиферромагнитная структура А-типа, а несоразмерная синусоидальная структура, которая при дальнейшем понижении температуры переходит (ТЬ) в сегнетоэлектрическую циклоидальную структуру. Аналогичная картина возникает и в замещенных составах Еи1.хУхМпОз (х>0.2). В таких модулированных структурах нами обнаружена мощная линия поглощения, возбуждаемая только электрическим переменным полем е||а (электромагнон) и дающая большой вклад в диэлектрическую проницаемость (Д8-1-3).

В п.5.1 изложены результаты измерений в манганите тербия ТЬМпОз, в п.5.2 в манганите гадолиния 0(Щп0з. Примеры спектров диэлектрической проницаемости приведены на рис.5.

В п.5.3 изложены результаты измерений в манганите европия легированного иттрием Е^ЛМпОз х=0, 10%, 20%. Установлено, что при фазовом переходе из модулированного в скошенное антиферромагнитное состояние, происходящем либо спонтанно (ЕиМпОз, ЕиО.оУолМпОз), либо в магнитном поле Н||с (Еио.аУо.гМпОз) наблюдаемая мода исчезала, что свидетельствует о ее тесной взаимосвязи с модулированной спиновой структурой. Примеры спектров диэлектрической проницаемости для ЕиоЛ.гМпОз в нулевом поле и при Н=8Т приведены на рис.6.

Рис.5. Спектры действительной е а) и мнимой е" б) частей диэлектрической проницаемости образца ОйМпОз дня нескольких температур в нулевом поле и при 9 К, В=2 Т, а также спектры действительной £ в) и мнимой б г) частей диэлектрической проницаемости образца ТЬМпОз для нескольких температур в нулевом поле и при 12 К, В=8 Т.

В спектрах при е||а, полученных без магнитного 24 поля, видно широкое возбуждение релаксационного типа с характерными частотами Уо=25±Зсм"' для гг ЕиоЛгМпОз , \'0=23+3см"1 для Ос1МпОэ и ъ у0=20±3см'1 для ТЬМпОз. Диэлектрический вклад во

20

всех случаях возрастает с понижением температуры и насыщается в низкотемпературной магнитной фазе. 4 Измерения, проведённые при различных ориентациях

з

поляризации излучения относительно % кристаллографических осей, обнаружили 2 исчезновение моды при повороте поляризации от е|[а 1 к е||Ь или е[|с. С другой стороны, возбуждение оставалось неизменным при повороте переменного магнитного поля Ь, при условии сохранения е||а. Такое поведение контрастирует с возбуждением

Т=18 К

20 , 30 V, сш

Рис.б. Спектры действительной е а) и мнимой Е б) частей диэлектрической проницаемости образца Еи08Уо.2МлОз в нулевом мод антиферромагнитного резонанса поле и при Н=7 Т.

исключительно магнитной компонентой переменного поля.

Прямую связь наблюдаемого возбуждения с магнитной подсистемой можно непосредственно показать, приложив постоянное магнитное поле вдоль с-оси, которое подавляет модулированную структуру, переводя систему в обычное антиферромагнитное скошенное состояние. Как видно из рис. 5 и б, электомагнон исчезает. При этом мнимая часть диэлектрической проницаемости е" понижается более чем вдвое, а вещественная часть е' уменьшается на Де~2. Необычно то, что мода, явно связанная с модулированной магнитной структурой (исчезающая при подавлении этой структуры), возбуждается электрической компонентой излучения. Таким образом, в всМпОз, ТЬМпОз и ЕиьхУхМпОз нами открыты новые электроактивные спиновые возбуждения - электромагноны.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые методом субмиллиметровой ЛОВ-спектроскопни в диапазоне 0,1-1 ТГц, в области температур 3-300 К и в магнитом поле до 7 Т, получены спектры пропускания образцов состава ИМпОз (И= Ьа, Рг, Ыё, Бш, Ей, вс!, ТЬ, и Са), а также составов Ьа1.хАхМпОз (А=5г, Са; 0<х<10%) и Ец ЬхУхМп03 для х=10% и 20%. Спектры обработаны в рамках модели пропускания плоского слоя, получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости и параметров обнаруженных резонансных линий поглощения.

2. В мультиферроиках вс1МпОз и ТЬМпОз, а также ЕиЬхУхМпОз, обладающих пространственно модулированной несоразмерной магнитной структурой (синусоидальная, циклоидальная), обнаружены необычные спиновые моды (электромагноны), возбуждаемые переменным электрическим полем. Установлено, что при подавлении модулированной структуры магнитным полем вдоль с-оси и переходе системы в обычную антиферромагнитную скошенную фазу электромагноны исчезают, что сопровождается значительными изменениями диэлектрической проницаемости.

3. В чистом ЬаМпОз, а также слаболегированных Ьа^Б^МпОз (х=0 - 0.1 ) и ЬаЬхСахМпОз (х=0 - 0.15 ) обнаружены две моды антиферромагнитного резонанса (АФМР) в марганцевой подсистеме. Обнаружено сильное смягчение частоты квазиферромагнитной моды с ростом концентрации х, в то время как частота квазиантиферромагнитной моды лишь незначительно уменьшается. Показано, что наблюдаемое поведение мод АФМР, условия их возбуждения хорошо описываются в рамках простой двухподрешеточной модели со скошенной магнитной структурой. Полученные результаты позволили сделать вывод в пользу существования скошенной

магнитной структуры в слаболегированных манганитах, а не электронного разделения на микрообласти ферро- и антиферромагнитных фаз.

4. В слаболегированных составах Ьа^Э^МпОз (х~1% и 2%) обнаружены дополнительные (примесные) моды помимо двух основных мод АФМР, что указывает на наличие магнито-неоднородных состояний при малых концентрациях Эг. Показано, что с ростом концентрации Эг до 2% нижележащая квазиферромагнитная мода фактически возникает из примесной моды.

5. В манганитах с магнитными редкоземельными ионами РгМп03 , ШМпОз и БтМпОз, наряду с двумя модами АФМР марганцевой подсистемы, обнаружены возбуждения, обусловленные электронными переходами в основном мультиплете редкоземельных ионов. Они идентифицированы ках переходы между состояниями основного квазидублета Рг3* в В РгМпОз. расщепленного кристапггтюгчтом полем, г 2 ШМпОз и БтМпОз - как переходы в основном крамерсовском дублете соответствующих редкоземельных ионов, расщепленном обменным полем Мп-подсистемы. В рамках данных представлений согласованно описаны как поведение наблюдаемых магнитных возбуждений, так и анизотропные статические магнитные свойства РгМп03, ШМпОз и 8тМпОз.

6. Впервые наблюден антаферромагнитный резонанс в СаМпОз. Обнаружено сильное влияние антиферромагнигаого упорядочения на диэлектрическую проницаемость, которое проявляется в заметном уменьшении последней (до 10%), пропорциональном частоте антиферромагнитного резонанса.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:.

1. V.Yu.Ivanov, A.A.Mukhin, V. D. Travkin, S.P.Lebedev, A.A.Volkov, A.Pimeiiov, A.Loidl, A.M.Balbashov, A.V.Mazhaev. Magnetic, dielectric and transport properties of Lai.jSrxMnOi at submillimeter -wavelength. Journal of Applied Physics, v.83, P.7180-7182(1998).

2. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, A. Pimenov, A. Loidl and A. M. Balbashov, «Antiferromagnetic Resonance in the canted phase of Lai -xSr хМпОз: Experimental evidence against electronic phase separation», Europhysics Letters, 49 (4), pp. 514-520 (2000)

3. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, S. P. Lebedev, A. Pimenov, A. Loidl, and A. M. Balbashov, Effect of weak Sr doping on antiferromagnetic resonance in La,.£rxMn03, Physica B, 284-288,1414-1415(2000).

4. A.A. Mukhin, V.D. Travkin ,V.Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov, Effect of the rare-earth ions on magnetic anisotropy and spin excitations in РгМпОз and ШМпОз, The Physics of Metals and Metalography (английская версия журнала «Физика металлов и металловедение»), v.91, Supple.1,2001, р.194-198.

5. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, and A. M. Balbashov, «Magnetic anisotropy and ground state of the rare earth ions in РгМпОз and ЫШпОз», Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2001, V.226-230, pll39-1141.

6. А. А. Мухин, В. Ю. Иванов, В. Д. Травкин , А. С. Прохоров, А. М. Балбашов.

Магнитная анизотропия и спиновые возбуждения в редкоземельных манганитах ШпОз (R=Pr, Nd). Краткие сообщения по физике ФИАН, 2002, №1,19-28.

7. А.С. Прохоров, А.А. Мухин, В.Д. Травкин, В.Ю. Иванов, А.М. Балбашов. Антиферромагнитный резонанс, магнитные и электрические свойства монокристаллов СаМпОз. Краткие сообщения по физике ФИАН, 2002, №7,29-33.

8. А.А. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, A. M. Balbashov, J. Hemberger, A. Loidl. Effect of rare-earth ions on magnetic properties and spin excitations in manganites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 272-276, (2004) pp. 96-97.

9. V. Yu. Ivanov, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, A. S. Prokhorov, A. M. Kadomtseva,Yu. F. Popov, G. P. Vorob'ev, К I. Kamilov, and A. M. Balbashov. Magnetic, dielectric and magnetoelectric properties of new family of orthorhombic multiferroic Eui.xYxMnOs manganites.. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 300, Issue 1, el30-el33 (2006)

10. V.Yu. Ivanov, A.A. Mukhin, V.D. Travkin, A.S. Prokhorov, Yu.F. Popov, A.M. Kadomtseva, G.P. Vorob'ev, K.I. Kamilov, and A.M. Balbashov. New orthorhombic multiferroics R,.xYxMn03 (R = Eu, Gd). Physica. Status. Solidi (b) 243, Nol, 107-111 (2006).

11. A. Pimenov, A.A. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, A. M. Balbashov, and A.

Loidl. Possible evidence for electromagnons in multiferroic manganites. Nature physics, vol.2 february 2006.

12. Мухин A.A., Иванов В.Ю., Травкин В.Д., Прохоров А.С., Кадомцева A.M., Попов Ю.Ф., Воробьев Г.П., Пименов А.В., Балбашов А.М. Фазовые переходы и спиновые возбуждения в новых мулътиферроиках с модулированной магнитной структурой. «Известия РАН. Серия физическая», том 71, вып. 11, стр. 1658-1660 (2007).

13. A. Pimenov, A. Loidl, А.А. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, and A.M. Balbashov. Terahertz spectroscopy of electromagnons in Euj.xYxMnOj. Phys. Rev. В 77, 014438 (2008).

Тезисы докладов на конференциях:

1. А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, В.Д. Травкин, A.M. Балбашов, А. Пименов, А. Лойдл. Антиферромагнитный резонанс и магнитная структура в слаболегированных манганитах Lai-хАхМпОз (А=Са, Sr, 0&<0.1). XVII Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 20-23 июня 2000 г., Москва. Сборник трудов, с.340-342.

2. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, A. Pimenov, A. Loidl and A. M. Balbashov, «Evidence of the canted magnetic structure by antiferromagnetic resonance in lightly doped Lai.xAxMnOi (A=Sr, Ca)», Abstract of International Conference on Magnetism, August 6-11,2000, Recife, Brazil, p.58-59.

3. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, and A. M. Balbashov, «Magnetic anisotropy and ground state of the rare earth ions in РгМпОз and ШМпОз», Abstract of International Conference on Magnetism, August 6-11, 2000, Recife, Brazil, p.73-74.

4. A. A. Mukhin, V. D. Travkin ,V. Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov, «Effect of the rare-earth ions on magnetic anisotropy and spin excitations in РгМпОз and ШМпОз», First Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism», EASTMAG, Ekaterinburg, Russia, February 27 - March 2, 2001, Abstract book, p.198.

5. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, A. Pimenov, D. Ivannikov, A. Loidl, and A. M. Balbashov,«Antiferromagnetic resonance and magnetic structure in lightly doped manganites La,.xAxMn03 (A= Ca, Sr)», EASTMAG-2001 Sattelite Conference "Advanced Magneto-Resistive Materials", Ekaterinburg, Russia, March 3-7,2001, Abstracts, p.C2-28.

6. А.А. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov. Magnetic properties and spin excitations in SmMnO3 single crystals. International Conference «Functional Materials», Ukraine, Crimea, Partenit 2001, Abstracts p.37.

7. V. Yu. Ivanov, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, A. S. Prokhorov, and A. M. Balbashov.

Effect of the rare-earth ions on magnetic properties ofpure and slightly doped manganites. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow 2002, Book of Abstracts, p. 163.

8. В.Д.Травкин, А.А.Мухин, В.Ю.Иванов, А.С.Прохоров, А.М. Балбашов.

Антиферромагнитный резонанс и магнитные свойства СаМп03. XVIII Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 24-28 июня 2002 г., Москва. Сборник трудов, с.793-795.

9. А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, В.Д. Травкин, А.С. Прохоров, А.М. Балбашов, J. Hemberger, A. Loidl. Влияние редкоземельных ионов на магнитные свойства и спиновые возбуждения в манганитах. XXXIII совещание по физике низких температур. 17-20 июня 2003 г. Екатеринбург. Тезисы докладов, с.209-210.

10. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, A. S. Prokhorov, A. M. Balbashov, J. Hemberger, and A. Loidl. Effect of rare-earth ions on magnetic properties and spin excitations in manganites. Abstracts of the International Conference on Magnetism ICM 2003, Roma, Itali, july 27- august 1, p.730.

11. В.Д.Травкин, В.Ю.Иванов, А.М.Кузьменко, А.А.Мухин, А.С.Прохоров, А.М. Балбашов. Приметые магнитные возбуждения, АФМР и неоднородные состояния в Laos9Sro.oiMn03. XIX Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 28 июня - 2 июля 2004 г., Москва. Сборник трудов, с.136-138.

12. А.А. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, A.S. Prokhorov, A.M. Balbashov, J. Hemberger, and A. Loidl. Evolution of magnetic structure, anisotropy and antiferromagnetic resonance in RMnO} (R=Sm, Eu, Gd, Tb, Dy). 2nd Euro-Asian Symposium "Trends in Magnetism", EASTMAG-2004,24-27 August 2004, Krasnoyarsk, Russia, Abstract book, p.129.

13. V. Yu. Ivanov, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, A. S. Prokhorov, A. M. Kadomtseva,Yu. F. Popov, G. P. Vorob'ev, К. I. Kamilov, and A. M. Balbashov. Magnetic, dielectric and magnetoelectric properties of new family of orthorhombic multiferroic Еи^хУхМпОз manganites. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow 2005, Book of Abstracts, p.360.

14. V.Yu. Ivanov, A.A. Mukhin, V.D. Travkin, A.S. Prokhorov, Yu.F. Popov, A.M. Kadomtseva, G.P. Vorob'ev, K.I. Kamilov, and A.M. Balbashov. New orthorhombic multiferroics Ri.xYxMnO3 (R = Eu, Gd). The European Conference "Physics of Magnetism'05", June 24-27, 2005, Poznan, Poland, Abstracts, p.37.

15. В.Д. Травкин, А. А. Мухин, В.Ю. Иванов, A.C. Прохоров, А.В. Пименов, A.M. Балбашов. Электроактивные спиновые возбуждения в мультиферроиках Л/. хУхМпОз (R= Ей, Gd, Tb). XX Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 12 июня - 16 июня 2006 г., Москва. Сборник трудов, с.703.

16. А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, В.Д. Травкин, А.М. Кадомцева, Ю.Ф. Попов, Г.П. Воробьев, А.В. Пименов, А.М. Балбашов. Фазовые переходы и спиновые возбуждения в новых мультиферроиках с модулированной магнитной структурой. XX Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 12 июня -16 июня 2006 г., Москва. Сборник трудов, с.,915-917.

17. А.А. Mukhin, A.V. Pimenov, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, A. Loidl. "Electromagnons in manganese multiferroics with modulated magnetic structure " International Symposium Spin Waves 2007. Saint Petersburg, June 16-21,2007.

18. А.А. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, A.V. Pimenov, A.M. Shuvaev, A. Loidl.

"Electromagnons in multiferroic manganites with modulated spin structure. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow 2008, Book of Abstracts, p.6230.

Список цитируемой литературы.

1. E.O. Wollan and W.C. Koehlcr, Physical Revue, 100 (1955) 545

Neutron Diffraction Study of the Magnetic Properties of the Series of Perovskite-Type Compounds La¡.xCaxMnO¡

2. Clarencc Zener Physical Revue. 82,403 - 405 (1951) Interaction between the d-Shells in the Transition Metals. II. Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure

3. P.-G. de Gennes, Physical Revue. 118 (1960) 141 Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals

4. R. von Helmolt, J. Weeker, B. Holzapfel, L. Schultz, and K. Samwer Physical Revue Letters. 71,2331 - 2333 (1993) Giant negative magnetoresistance in perovskitelike La2/}Ba ¡/¡MnOx ferromagnetic films

5. T.Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima, Y.Tokura. Nature, vol.426, pp. 55-58(2003). Magnetic control of ferroelectric polarization

6. T. Kimura, G. Lawes, T. Goto, Y. Tokura, A. Ramirez. Physical Revue. B, 71 (2005) 224425. Magnetoelectic phase diagrams of ortorombic RMnO¡ (R^-Gd, Tb andDy).

7. A.A.Volkov, Yu.G.Goncharov, G.V.Kozlov, S.P.Lebedev, A.M.Prokhorov. In&ared Phys., vol.25, p.369-373, 1985. Dielectric measurements in the submillimeter wavelength region.

8. Э. JI. Нагаев Успехи физических наук, т.166, с.833 (1996) Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением (Обзор актуальных проблем)

9. M.Yu. Kagan, D.I. Khomskii, and M.V. Mostovoy, European Physics Journal, 12 (1999) 217. Double-exchange model: phase separation versus canted spins

10. M. Hennion, F. Moussa, J. Rodríguez-Carvajal, L. Pinsard, A. Revcolevschi, Physical. Revue B, 56 (1997) R497 Coherent waves of magnetic polarons propagating in La¡.xCaxMnO¡ : an inelastic-neutron-scattering study.

11. M. Hennion, F. Moussa, J. Rodríguez-Carvajal, L. Pinsard, A. Revcolevschi, Physica B.Condensed matter, 234-236(1997) 851-853 New dynamical feature in Lao.9¡Cao.o5Mn03.

12. M. Hennion, F. Moussa, G.Biotteau, J. Rodríguez-Carvajal. Physical Revue Letters 81, n.9 (1998) 1957. Liquidlike spatial distribution of magnetic dropletsrevealed by neutron scattering in La¡.xCaxMnOj.

13. M. Hennion, F. Moussa, G.Biotteau, J. Rodríguez-Carvajal, L. Pinsard, A. Revcolevschi. Physical Revue. B, 61 (1999) 9513. Evidence of anisotropic magnetic polarons in Lao.94Sro.o6MnO¡ by neutron scattering and comparison with Ca-doped manganites.

14. Rodríguez-Carvajal, M. Hennion, F. Moussa and Moudden. Physical Revue. B, 57 n.6 (1997) R3189. Neutron-diffraction study of the Jan-Teller transition in stoichiometric LaMnO}.

15. P. R. Pauthenet, C. Veyret. Le Journal de Physique (France) T.31 p.65 (1970). Les proprietes magnetostatiques des manganites de terres rares.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 21.08.2009 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печл. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 425. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА И ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МАНГАНИТАХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Кристаллическая и магнитная структура манганитов лантана с KMC.

1.2. Манганиты с магнитными редкоземельными ионами (R= Pr, Nd. Sm.)

1.3. Влияние легирования неизовалентными примесями

1.4. Основное состояние слаболегированных манганитов 23 /.5.Манганиты-мультиферроики с модулированной магнитной структурой

ГЛАВА 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 .Приготовление образцов.

2.2.Субмиллиметровый ЛОВ- спектрометр

2.3.Дисперсионный анализ спектров пропускания

ГЛАВА 3. АНТИФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ЭВОЛЮЦИЯ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ В ЛЕГИРОВАННЫХ МАНГАНИТАХ LaixSrxMn03, Lai.xCaxMn03 и EubxSrxMn

3.1 Эволюиия мод АФМР при переходе от антиферромагнитного к ферромагнитному состоянию в манганитах системы ТмкгЯггМпО^, х~0 - 10%

3.2 Анализ АФМР в Lai^Sr^MnО^ в модели скошенной магнитной структуры

3.3 Исследование АФМР в манганитах системы Laг^Са^МпО^ х=0-10% и СаМпОь

3.4. АФМР, примесные моды и неоднородности магнитной структуры в слаболегированных (х<2%) манганитах Ьа^ГгМпО? и Еи^ГуМпОз. 70 3.5 Обсуждение экспериментальных результатов главы 3.

ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ В МАНГАНИТАХ RMn03 С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ИОНАМИ R=Pr, Nd, Sm.

4.1. АФМР и магнитные возбуждения в Pr-подсистеме манганита РгМпОя. Основное состояние ионов Рг

4.2. АФМР и электронные переходы в основном дублете иона

Nd31 в NdMnOi.

4.3. АФМР и магнитные возбуждения в Srn-подсистеме манганита SmMnOi

4.4 Обсуждение экспериментальных результатов главы 4.

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОАКТИВНЫЕ СПИНОВЫЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ (ЭЛЕКТРОМАГНОНЫ) В МУЛЬТИФЕРРОИКАХ ТЬМпОз, GdMn03,

Eu,.xYxMn03.

5.1. Магнито- и электроактивные спиновые возбуждения в маганите ТЬМпО?

5.2. Спиновые возбуждения в манганите GdMnOi

5.3. Эволюция магнитной структуры и спиновые возбуждения в замещенной системе EunrYMnOi, х=0;10%, 20% 128 5.4 Обсуждение экспериментальных результатов главы 5.

Редкоземельные манганиты RMnCb, (R - редкоземельные элементы или иттрий а также кальций), со структурой перовскита, являются объектами интенсивного изучения в течение последнего десятилетия. Соединения данного класса демонстрируют ряд необычных магнитных, диэлектрических и транспортных свойств и характеризуются сложными магнитными фазовыми диаграммами. В ряде составов при изменении температуры обнаруживаются фазовые переходы, как магнитные, так и сегнетоэлектрические.

Изначально привлекли к себе интерес манганиты легких редких земель R=La, Pr, Nd с частичным замещением редкоземельного иона R3+ (РЗИ) неизовалентной примесью, например Са2+ или Sr2+ [1-4, 6, 7]. Это легирование резко увеличивало проводимость, изменяло характер её температурной зависимости с полупроводникового на металлический и приводило к переходу от антиферромагнитной структуры (в чистых составах) к ферромагнитной (при концентрациях ~10% и более) за счет механизма двойного обмена [4,6] между разновалентными ионами марганца Мп3+-02"-Мп4+. В этих системах в 90-х годах было открыто колоссальное отрицательное магнетосопротивление (KMC), проявляющееся вблизи температуры магнитного упорядочения [1], которое придало новый импульс исследованию данных материалов. Многие из них обладают температурами магнитного упорядочения близкими к комнатной, что открывает возможность для технических применений (сенсоры магнитного поля, головки чтения магнитной записи).

В последнее время большое внимание привлекли манганиты с РЗИ из середины ряда — Gd, Tb, Dy, оказавшиеся в некоторой области температур мультиферроиками, т.е. веществами с сосуществующим сегнетоэлектрическим и магнитным упорядочением [4]. Особенностью этих соединений, в отличие от манганитов с более лёгкими редкими землями, является возникновение сегнетоэлектрических и магнитоэлектрических свойств в состояниях с модулированной, нецентросимметричной (циклоидальной) спиновой структурой [74], определяемой конкуренцией обменных взаимодействий обусловленных ее- и 126-электронами ионов Мп3+. Наличие сильной магнитоэлектрической связи в этих системах может привести к появлению новых типов спиновых колебаний, в частности, возбуждаемых не только высокочастотным магнитным полем h, но и электрическим полем с.

Раскрытие физических механизмов, отвечающих за свойства этих соединений, определение взаимосвязи кристаллической структуры, магнитного и сегнетоэлектрического упорядочений, изучение влияния замещений на магнитную структуру необходимы как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения.

Важное значение в изучении физических свойств и явлений в манганитах имеют разнообразные спектроскопические методы, позволяющие получать информацию о характерных электронных, магнитных, решеточных и др. возбуждениях. При этом многие возбуждения (антиферромагнитный резонанс в Мп -подсистеме, электронные магнитодипольные переходы в редкоземельной подсистеме) попадают в субмиллиметровый и дальний ИК-диапазон, изучение которых может дать новые данные о характере магнитной структуры кристалла и определяющих ее обменных (магнитных) взаимодействиях.

Вышесказанное свидетельствует об актуальности темы диссертационной работы и её научной и практической значимости.

Цель работы.

Целью диссертационной работы является изучение с помощью субмиллиметровой квазиоптической JlOB-спектроскопии (JIOB- лампа обратной волны) магнитных и диэлектрических свойств, а также спиновых возбуждений в разнообразных магнитных структурах, определяемых конкуренцией обменных взаимодействий, в замещенных La!. хАхМпОз (А=Са, Sr) и незамещенных редкоземельных манганитах КМпОз (R=Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy).

Научная новизна.

В работе получены следующие новые научные результаты:

1. В манганитах GdMnCb и ТЬМпОз, а также ЕиьхУхМпОз с пространственно модулированной несоразмерной магнитной структурой (синусоидальная, циклоидальная), определяемой конкуренцией обменных взаимодействий между ближайшими и следующими за ближайшими ионами Мп3+, обнаружены новые спиновые колебания (электромагноны), возбуждаемые переменным электрическим полем и дающие значительный вклад в диэлектрическую проницаемость.

2. Обнаружены моды антиферромагнитного резонанса в манганитах систем Lai. xSrxMn03 (х=0 - 0.1 ) и LaixCaxMn03 (х=0 - 0.15 ) и изучена их эволюция с ростом легирования при переходе кристалла от антиферромагнитного к ферромагнитному состоянию. Это позволило сделать важный вывод о том, что он осуществляется через скошенную магнитную структуру, определяемую конкуренцией антиферромагнитного сверхобмена (Мп3+-02—Мп3+) и ферромагнитного двойного обмена (Мп3+-02~-Мп4+).

3. В слаболегированных манганитах Lai.xSrxMn03 (х~1%) обнаружены дополнительные (примесные) моды, свидетельствующие о магнито-неоднородном состоянии.

4. В манганитах с магнитными редкоземельными ионами РгМпОз, NdMnCb и БшМпОз кроме мод АФМР обнаружены новые магнитные возбуждения, в подсистеме редкоземельных ионов Pr3+, Nd3+ и Sm3+. Это позволило определить основное состояние этих ионов в кристаллическом и обменном (R-Mn) полях и последовательно описать их вклад в статические и динамические свойства.

5. В СаМпОз с антиферромагнитной структурой G-типа, определяемой сверхобменом только через t2g электроны иоиов Мп4+, впервые изучены антиферромагнитный резонанс и температурная зависимость диэлектрической проницаемости, проявляющей необычное поведение при антиферромагнитном упорядочении.

Практическая значимость.

Результаты диссертационной работы могут быть положены в основу разработки новых магнитных материалов с высокими значениями магнетосопротивления и магнитоэлектрического (магнитодиэлектрического) эффекта. Практический интерес представляет обнаруженное в манганитах уменьшение диэлектрической проницаемости (~10%) при подавлении электромагнона в магнитном поле, позволяющее управлять показателем преломления на частотах вплоть до терагерцового диапазона.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских конференциях: Вторая объединенная конференция по магнитоэлектронике. (2000 г., Екатеринбург), 8 European magnetic materials and applications conference, (Ukraine, 2000), International Conference on Magnetism (2000, 2003 ), 32,33, 34 совещания по физике низких температур (2000, 2004, 2006), Euro-Asian Symposium «Trends in Magnetism», EASTMAG, (2001,2004), NATO Advanced Research Workshop Smart Materials for Ranging Systems, ( Russia, 2004), International Conference «Functional Materials» (2001, 2003, 2005), International Conference "Nanoscale properties of condensed matter probed by resonance phenomena", ( 2004, Russia), The European Conference "Physics of Magnetism'05" ( 2005, Poland), XVII, XVIII, XIX и XX Международных школах-семинарах «Новые магнитные материалы микроэлектроники», (Москва, 2000, 2002, 2004, 2006); International Symposium Spin Waves (2007,Россия), Moscow International Symposium on Magnetism, (2002, 2005, 2008, Москва).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, из них 18 тезисов докладов на научных конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, и заключения. Полный объём диссертации составляет 166 страниц, включая 104 рисунка, одну таблицу и список литературы из 109 публикаций.

Выводы:

1. Впервые методом субмиллиметровой JIOB-спектроскопии, в диапазоне 0,1-1 ТГц, в области температур 3-300 К и в магнитом поле до 7 Т, получены спектры пропускания образцов состава RMn03 (R= La, Рг, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, и Ca) а также составов Laj. хАхМпОз (A=Sr, Ca; 0<x<10%) и Eu i.xYxMn03 для x=10% и 20%. Спектры обработаны в рамках модели пропускания плоского слоя, получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости и параметров обнаруженных резонансных линий поглощения.

2. В мультиферроиках GdMnC>3 и ТЬМпОз, а также Eui.xYxMn03, обладающих пространственно модулированной несоразмерной магнитной структурой (синусоидальная, циклоидальная), обнаружены необычные спиновые моды (электромагноны), возбуждаемые переменным электрическим полем. Установлено, что при подавлении модулированной структуры магнитным полем вдоль с-оси и переходе системы в обычную антиферромагнитную скошенную фазу электромагноны исчезают, что сопровождается значительными изменениями диэлектрической проницаемости.

3. В чистом ЬаМпОз и слаболегированных Lai.xSrxMn03 (х=0 - 0.1 ) и ЬаьхСахМпОз (х=0 - 0.15 ) обнаружены две моды антиферромагнитного резонанса (АФМР) в марганцевой подсистеме. Обнаружено сильное смягчение частоты квазиферромагнитной моды с ростом концентрации х, в то время как частота квазиантиферромагнитной моды лишь незначительно уменьшается. Показано, что наблюдаемое поведение мод АФМР, условия их возбуждения хорошо описываются в рамках простой двухподрешеточной модели со скошенной магнитной структурой. Полученные результаты позволили сделать вывод в пользу существования скошенной магнитной структуры в слаболегированных манганитах, а не электронного разделения на микрообласти ферро- и антиферромагнитных фаз.

4. В составах LaixSrxMn03 (х~1% и 2%) обнаружены дополнительные (примесные) моды помимо двух основных мод АФМР, что указывает на наличие магнито-неоднородных состояний при малых концентрациях Sr. Показано, что с ростом концентрации Sr до 2%, нижележащая квазиферромагнитная мода, фактически, возникает из примесной моды.

6. В манганитах с магнитными редкоземельными ионами РгМпОз , NdMn03 и SmMn03 наряду с двумя модами АФМР марганцевой подсистемы, обнаружены возбуждения, обусловленные электронными переходами в основном мультиплете редкоземельных ионов. Они идентифицированы как переходы между состояниями основного квазидублета Рг3+ в РгМпОз, расщепленного кристаллическим полем, а в NdMnCb и БшМпОз - как переходы в основном крамерсовском дублете соответствующих редкоземельных ионов, расщепленном обменным полем Mn-подсистемы. В рамках данных представлений согласованно описаны как поведение наблюдаемых магнитных возбуждений, так и анизотропные статические магнитные свойства РгМпОз , NdMnCb и SmMn03 .

6. Впервые наблюден антиферромагнитный резонанс в СаМпОз. Обнаружено сильное влияние антиферромагнитного упорядочения на диэлектрическую проницаемость, которое проявляется в заметном уменьшении последней (до 10%) ниже Тм, пропорциональном частоте антиферромагнитного резонанса.

Автор благодарит своего научного руководителя А.А. Мухина за постановку интересных задан, обсуждение полученных результатов, внимание и поддержку. Автор признателен А.А.Волкову, И.Е. Спектору, А.С. Прохорову и Б.П. Горшунову за стимулирующие дискуссии по результатам работы. Автор признателен всем сотрудникам отдела Субмиллиметровой спектроскопии за постоянную поддержку и доброжелательное отношение.

Заключение

В настоящей диссертации нами была поставлена задача изучения влияния конкуренции обменных взаимодействий на кристаллическую структуру, магнитные и диэлектрические свойства редкоземельных манганитов, раскрытия физических механизмов, отвечающих за свойства этих соединений, определение взаимосвязи кристаллической структуры и магнитного и сегнетоэлектрического упорядочений, изучение влияния замещений на кристаллическую структуру.

Нами были измерены спектры пропускания монокристаллических образцов манганитов лантана легированных стронцием Lai.xSrxMn03, х=0, 3%, 4%, 5%, 7.5%,10%, кальцием Lai хСахМпОз, х=0, 2.5%, 5%, 10%, нелегированпых манганитов RMn03, где R=Pr, Nd, Sm, Eu а также Ca. Также были проведены измерения спектров манганитов — мультиферроиков i EeixYxMn03, GdMn03 и ТЬМпОз.

Измерения были проведены в диапазоне частот 3-30 см"1, в температурном диапазоне ЗК<Т<ЗООК, на субмиллиметровых ЛОВ спектрометрах отдела Субмиллиметровой Спектроскопии ИОФРАН и Института физики университета г. Аугсбург (Германия). В последнем случае измерения проводились в криостате с магнитным полем до 7Т.

Полученные экспериментальные спектры были обработаны методом дисперсионного анализа с целыо получения спектров комплексной диэлектрической проницаемости а также определения параметров моделей дисперсии — собственных частот, вкладов в статическую магнитную проницаемость и ширин линий резонансных линий поглощения. В результате экспериментально обнаружены фундаментально новые возбуждения в манганитах мультиферроиках — электроактивные магноны (электромагноны).

Определены концентрационные зависимости частот АФМР в легированных манганитах лантана, параметры обменных взаимодействий в манганитах неодима, празеодима, самария, обнаружено уменьшение диэлектрической проницаемости СаМпОз, пропорциональное частоте АФМР.

1.R. von Helmolt, J. Wecker, B. Holzapfel, L. Schultz, and K. Samwer Physical Review Letters. 71, 2331 - 2333 (1993) Giant negative magnetoresistance in perovskitelike Ьа2/зВа i/3MnOxferromagnetic films

2. Y. Tomioka, A. Asamatsu, H. Kuwahara, Y. Moritomo, Y. Tokura Physical Review. В 53, R1689 (1996) Magnetic-field-induced metal-insulator phenomena in Pr t.xCaxMnOx with controlled charge-ordering instability.

3. K. Miyano, T. Tanaka, Y. Tomioka, Y. Tokura Physical Review Letters.78, 4257 (1997) Photoinduced insulator-to-metal transition in a perovskite manganite.

4. Clarence Zener Physical Review. 82, 403 405 (1951) Interaction between the d-Shells in the Transition Metals. II Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure

5. T. Kimura, G. Lawes, T. Goto, Y. Tokura, A. Ramirez. Physical Review. B, 71 (2005) 224425. Magnetoelectic phase diagrams of ortorombic ЯМпОз (R=Gd, Tb and Dy).

6. Р.-G. de Gcnnes, Phys. Rev. 118 (1960) 141 Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals

7. G.H. Jonkcr, J.H. Van Santen, Physica 16,337 (1950) Electrical conductivity of Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure

8. E.O. Wollan and W.C. Koehler, Phys. Rev., 100 (1955) 545 Neutron Diffraction Study of the Magnetic Properties of the Series of Perovs kite-Type Compounds Ьа^хСахМпОз

9. P. V. M. Goldschmidt. Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, VII, VIII, 1927-1928.

10. J. Topfer, J. Goodenough. Journal of Solid State Chemistry, 130, ppll7-128.1997. ЬаМпОз revisited.

11. M. Tovar, G. Alejandro, A. Butera, A. Caneiro, M. Causa, F. Prado, R. Sanches.

12. Physical Review. B, 60, 10199 (1999). ESR and magnetization in Jahn-Teller distorted ЬаМпОз^а- correlation with crystal structure.

13. T. Proffen, R. di Francesco, S. Billinge, E. Brosha, G. Kwei. Phys. Rev. B, 60, 9973 (1999).Measurements of the local Jahn-Teller distorsion in ЬаМпОз.ооб

14. B.E. Найш. Физика металлов и металловедение, 85, 6,1998. Модели кристаллических структур допированных манганитов лантана.

15. Gen Matsumoto. Journal of the Physical Society of Japan. Vol.29, n3.Study of La хСахМпОз. I. Magnetic Structure of ЬаМпОз.

16. J. Rodrfguez-Carvajal, M. Hennion, F. Moussa, A. H. Mouddcn, L. Pinsard, and A. Revcolcvschi Physical Review. В 57, R3189 R3192 (1998) Neutron-diffraction study of the Jahn-Teller transition in stoichiometric LaMnO3.

17. V. Skumriev, F. Ott, J.M.D. Coey, A. Anane, J.-P. Renard, L. Pinsard-Gaudart, A. Revcolevschi. The European Physical Journal B, 11, 401-406 (1999) Weakferromagnetism in LaMnO 3.

18. F. Moussa, M. Hennion, J. Rodriguez-Carvajal, H. Moudden, L. Pinsard, and A. Revcolevschi. Physical Review. В 54,15149 -15155 (1996) Spin waves in the antiferromagnetperovskite LaMnO3: A neutron-scattering study.

19. К.И. Кугель, Д.И. Хомский. Успехи физических наук, 1982 вып.4 Эффект Япа-Теллера и магнетизм: соединения переходных металлов.

20. T.Mizokawa, D.I. Khomskii, G.A. Sawatzky. Physical Review. В 60, 7309 7313 (1999) Interplay between orbital ordering and lattice distortions in ЬаМпОз, YVO3, and YT1O3.

21. D. I. Khomskii and К. I. Kugel Physical Review. В 67,134401 (2003) Elastic interactions and superstructures in manganites and other Jahn-Teller systems.

22. Lofland S.E., Ray V., Kim P.H., Bhagat S.M., Ghosh K., Greene R.L., Karabashev S.G., Shulyatev D.A., Arsenov A.A., and Mukovsky Y. Journal of PhysicsCondensed Matter, 9, L633 (1997) Temperature-tuned natural ferromagnetic resonances in Lao^SrojMnO^

23. A. J. Millis, Boris I. Shraiman, R. Mueller. Physical Review Letters, 77, 175 (1996). Dynamic Jahn-Teller effect and colossal magnetoresistance in LaiSrxMn03.

24. E. Saitoh, S. Okamoto, K.T. Takahashi, K. Tobe, K. Yamamoto, T. Kimura, S. Ishihara, S. Maekawa & Y. Tokura. Nature, vol.410, pp. 180-183. 2001

25. J.Alonso, M. J. Martinez-Lope, M.T. Casais and M.T. Fernandez-Diaz. Inorganic Chemistry, (2000) 39, 917-923. Evolution of the Jahn-Teller Distortion ofMn06 Octahedra in RMn03 Perovskites (R=Pr, Nd, Dy, Tb, Ho, Er, Y): A Neutron Diffraction Study.

26. H. W. Brinks, H. Fjellvag, A. Kjekshus. Journal of Solid State chemistry, 129, 334-340 (1997). Synthesis ofMetastable Perovskite-type УМпОз and НоМпОз.

27. Т. Mori, N. Kamegashira, K. Aoki, T. Shishido, T. Fukuda. Materials Letters, 54 (2002) 238-243. Crystal growth and crystal structures of the ЬпМпОз perovskites: Ln=Nd, Sm, Eu and Gd.

28. T. Mori, N. Kamegashira, K. Aoki, T. Shishido, T. Fukuda. Materials Letters, 42 (2000) 387-389. Crystal structure of DyMn03 .

29. В.Ю. Иванов, А.А.Мухин, A.C. Прохоров, A.M. Балбашов, Л.Д Исхакова. Физика твердого тела, 2006, том 48, выпуск 9, стр.1630. Магнитные свойства и фазовые переходы в монокристаллах ОуМпОз гексагональной модификации.

30. Makoto Tachibana, Tomotaka Shimoyama, Hitishi Kawaji, Tooru Atake, Eiji Takayama-Muromachi. Physical Review В 75, 144425 (2007) Jahn-Teller distortion and magnetic transitions inperovskit RMn03 (R=Ho, Er, Tm, Yb, and Lu)

31. T.Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima, Y.Tokura. Nature, vol.426, pp.55.58(2003). Magnetic control of ferroelectric polarization.

32. D. I. Khomsky Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 306,1 (2006) Mulliferroics: different ways to combine magnetism andferroelectricity.

33. Gen Matsumoto. Journal of the Physical Society of Japan. Vol.29, n.3. Study of Lai-хСахМпОз. I. Magnetic Structure of ЬаМпОз

34. A. Urushibara, Y. Moritomo, T. Arima, A. Asamitsu, G. Kido, Y. Tokura. Physical Review. B, 51 (1995) 14103. Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in Lai. £rxMn03.

35. H. Kawano, R. Kajimoto, M. Kubota and H. Yoshizawa. Physical Review. B, 53 (1995) 2202. Canted antiferromagnetism in an insulating lightly doped Lai.^rxMnOs with x<P. 17.

36. H. Kawano, R. Kajimoto, M. Kubota and H. Yoshizawa. Physical Review. B, 53 (1996) R14709. Ferromagnetism-indused reentrant structural transition and phase diagram of the lightly doped insulator LaiSrxMnOi (x<0.17).

37. JI. Э. Нагаев Успехи Физических Наук, т. 166, с.833 (1996) Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением (Обзоры актуальных проблем)

38. M.Yu. Kagan, D.I. Khomskii, and M.V. Mostovoy, European Physics Journal, 12 (1999) 217. Double-exchange model: phase separation versus canted spins

39. M. Hennion, F. Moussa, J. Rodriguez-Carvajal, L. Pinsard, and A. Revcolevschi.

40. Physical Review В 56, R497 (1997) Coherent waves of magnetic polar ons propagating in Lai. хСахМпОз: An inelastic-neutron-scattering study

41. M. Hennion, F. Moussa, G. Biotteau, J. Rodriguez-Carvajal, L. Pinsard, and A. Revcolevschi Physical Review Letters. 81,1957 (1998) Liquidlike Spatial Distribution of Magnetic Droplets Revealed by Neutron Scattering in La/.xCaxMn03

42. F. Moussa, M. Hennion, G. Biotteau, J. Rodriguez-Carvajal, L. Pinsard, and A. Revcolevschi. Physical Review В 60,12299 (1999) Magnetic coupling induced by hole doping in perovskites La;.xCaxMn03: A neutron scattering study

43. M. Hennion, F. Moussa, G. Biotteau, J. Rodriguez-Carvajal, L. Pinsard, and A. Revcolevschi. Physical Review.B 61, 9513 (2000) Evidence of anisotropic magnetic polarons in Lao 9-fSt'o овМпОз by neutron scattering and comparison with Ca-doped manganites.

44. M. Cestelli Guidi, G. Allodi, R. De Renzi, G. Guidi, M. Hennion, L. Pinsard, and A. Amato. Physical Review.B 64, 064414 (2001) Staggered magnetization, critical behavior, and weak ferromagnetic properties of LaMn03 by muon spin rotation.

45. P. Kober-Lehouelleur, F. Moussa, M. Hennion, A. Ivanov, L. Pinsard-Gaudart, and A. Revcolevschi Physical Review.B 70,144409 (2004) Magnetic ground state of low-doped manganites probed by spin dynamics in a magnetic field.

46. M. Hennion, F. Moussa, P. Lehouelleur, F. Wang, A. Ivanov, Y. M. Mukovskii, and D. Shulyatev. Physical Review Letters. 94, 057006 (2005) Confined Spin Waves Reveal an Assembly ofNanosize Domains in FerromagneticLai.xCaxMnO3 (x = 0.17,0.2).

47. M. Hennion, F. Moussa, P. Lehouelleur, P. Reutler, and A. Revcolevschi. Physical Review В 73, 104453 (2006) Metal-insulator transition of Lay/sSrysMnO^ probed by spin waves: Stabilization of a two-dimensional stripe superstructure.

48. J. Hemberger, A. Krimmel, T. Kurz, H.-A. Krug von Nidda, V. Yu.Ivanov, A.A. Mukhin, A. M. Balbashov and A. Loidl. Physical Review. B, 66 (2002) 094410. Structural, magnetic and electrical properties of single-crystalline L a i -xSrxMn 0з(0.4<х<0.85)

49. P. R. Pauthenet, C. Veyret. Le Journal de Physique (France) T.31 p.65 (1970). Les proprietes magnetostatiques des manganites de terres rares

50. E.Dagotto. Nanoscalephase separation and colossal magnetoresistance. Springer-Verlag, 2002/

51. Смоленский Г.А., Чупис И.Е. Успехи физических наук, т.137, стр.415-448 (1982 г.) Сегпетомагиетики.

52. T.Kimura, Т. Goto, Н. Shintani, К. Ishizaka, Т. Arima, Y.Tokura. Physical Review В 67, pl80401. Magnetocapacitance effect in multiferroic ШМпОз.

53. T.Kimura, Т. Goto, H. Shintani, К. Ishizaka, Т. Arima, Y.Tokura. Nature, vol.426, pp. 55-58(2003). Magnetic control of ferroelectric polarization.

54. T. Goto, T. Kimura, G. Lawes, A. P. Ramirez, and Y. Tokura. Physical Review Letters 92, 257201 (2004) Ferroelectricity and Giant Magnetocapacitance in Perovskite Rare-Earth Manganites

55. Hur N. Nature, 429, pp392-395. (2004) Electric polarization reversal and memory in a multiferroic material induced by magnetic fields.

56. Sang-Wook Cheong, Maxim Mostovoy. Nature Materials, vol. 6, January 2007, pp. 1320. Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity.

57. Леванюк А.П., Санников Д.Г. Успехи физических наук, т.112, стр.561-588 (1974 г.) Несобственные сегнетоолектрики.

58. Nicola A. Hill Journal of Physical Chemistry В 2000,104, 6694-6709 Why are there so Few Magnetic ferroelectrics?

59. D. I. Khomsky Bulletin of American Physical Society C, 21.002. (2001) Magnetism and ferroelectricity: why do they so seldom coexist?

60. D. I. Khomsky Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 306,1 (2006) Multiferroics: different ways to combine magnetism andferroelectricity.

61. S. Quezel, E. Tcheou, J. Rossat-Mignod, G. Quezel, E. Roudaut. Physica В 86-88, 916918 (1977). Magnetic structure of the perovskite-like compound ТЬМпОз.

62. R. Kajimoto, H. Yoshizawa, H. Shintani, T. Kimura, and Y. Tokura . Physical Review В 70, 012401 (2004) Magnetic structure ofTbMn03 by neutron diffraction.

63. M. Kenzelmann, A.B. Harris, S. Jonas, C. Broholm, J. Schefer, S.B. Kim, C. L. Zhang, S.-W. Cheong, O.P. Vajk, J.W. Linn. Physical Review Letters., 95, 087206.(2005) Magnetic inversion symmetry breaking and ferroelectricity in ТЬМпОз.

64. Барьяхтар В.Г. Чупис И.Е. Физика твёрдого тела, 1970 г. №11, стр2628-2631. Квантовая теория колебаний в ферромагнитном сегнетоэлектрике.

65. D. Senff, P. Link, A. Hiess, L.P. Regnault, Y. Sidis, N. Aliouane, D.N. Argyriou, and M. Braden. Physical Review Letters., 98,137206.(2007) Magnetic excitation in multiferroic ТЬМпОз: Evidence for a hybridized soft mode.

66. I. A. Sergienko and E. Dagotto. Physical Review В 73, 094434 (2006) Role of the Dzjaloshinskii-Morija interaction in multiferroic perovskites.

67. J. Hemberger, F. Schrettle, A. Pimenov, P. Lunkenheimer, V. Yu. Ivanov, A.A. Mukhin, A. Loidl. Physical Review В 75, 035118 (2007). Multiferroic phases in Eu, JxMn03.

68. A.M. Balbashov, S.G. Karabashev, Ya. M. Mukovskiy, S.A. Zverkov. Journal of Crystal Growth 167 (1996) 365.

69. A.A.Volkov, Yu.G.Goncharov, G.V.Kozlov, S.P.Lebedev, A.M.Prokhorov. Infrared Phys., vol.25, p.369-373, 1985. Dielectric measurements in the submillimeter wavelength region.

70. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

71. A.A. Мухин, В.Ю. Иванов, В.Д. Травкин, С.П. Лебедев, А. Пименов, А. Лоидл, A.M. Балбашов. Магнитные и структурные переходы в 1м.х8гхМпОз : фазовая Т-х диаграмма Письма в ЖЭТФ, т.68, в.4, с.ЗЗ 1 -336 (1998).

72. A.A. Mukhin, V.D. Travkin ,V.Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov, Effect of the rare-earth ions on magnetic anisotropy and spin excitations in РгМпОз and NdMnC>3, The Physics of Metals and Metallography, v.91, Supple.l, 2001, p.194-198.

73. A.A. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, and A. M. Balbashov. Magnetic anisotropy and ground stale of the rare earth ions in РгМпОз and NdMnOs , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 226-0/2002, pp. 1139-1141 (2001).

74. V.Yu. Ivanov, A.A. Mukhin, V.D. Travkin, A.S. Prokhorov, A. M. Balbashov. Phase T-x diagram of Smi.x БгхМпОз single crystals (0<x<0.8). Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 258-259, (2003) pp. 535-538

75. A.A. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, A. M. Balbashov, J. Hemberger, A. Loidl.

76. Effect of rare-earth ions on magnetic properties and spin excitations in manganites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 272-276, (2004) pp. 96-97.

77. A. Pimenov, А.А. Mukhin, V.Yu. Ivanov, V.D. Travkin, A. M. Balbashov, and A.1.idl. Possible evidence for electromagnons in multiferroic manganites. Nature physics, vol.2 february 2006.

78. V.Yu. Ivanov, A.A. Mukhin, V.D. Travkin, A.S. Prokhorov, Yu.F. Popov, A.M. Kadomtseva, G.P. Vorob'ev, K.I. Kamilov, and A.M. Balbashov. New orthorhombic multiferroics Ri.xYxMn03 (R = Eu, Gd). Physica. Status. Solidi (b) 243, Nol, 107-111 (2006).

79. A. Pimenov, A. Loidl, А.А. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, and A.M. Balbashov. Terahertz spectroscopy of electromagnons in Еи1.хУхМпОз. Phys. Rev. В 77, 014438 (2008).

80. Тезисы докладов на конференциях;

81. A.A.Volkov, A.A.Mukhin, V.Yu.Ivanov, V.D.Travkin, S.P.Lebedev, A.M.Balbashov.

82. Submillimeter spectroscopy of phase transitions in Lai.xSrxMn03" The 9th International Meeting on Ferroelectricity,August 24-29,1997, Seoul, Korea, Abstract, P05-TH-065.

83. А.А. Мухин, В.Ю. Иванов, В.Д. Травкин, A.M. Балбашов, А. Пименов, А. Лойдл.

84. Антиферромагнитный резонанс и магнитная структура в слаболегированных манганитах La 1.хАхМпОз (А=Са, Sr, 0<х<0.1). XVII Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 20-23 июня 2000 г., Москва. Сборник трудов, с.340-342.

85. A. A. Mukhin, V. Yu. Ivanov, V. D. Travkin, and A. M. Balbashov, «Magnetic anisotropy and ground state of the rare earth ions in РгМпОз and NdMn03>>, Abstract of International Conference on Magnetism, August 6-11, 2000, Recife, Brazil, p.73-74.

86. A.A. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, and A. M. Balbashov. Magnetic properties and spin excitations in SmMnOj single crystals. International Conference «Functional Materials», Ukraine, Crimea, Partenit 2001, Abstracts p.37.

87. V. Yu. Ivanov, A. A. Mukhin, V. D. Travkin, A. S. Prokhorov, and A. M. Balbashov.

88. Effect of the rare-earth ions on magnetic properties of pure and slightly doped manganites. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow 2002, Book of Abstracts, p.163.

89. В.Д.Травкин, А.А.Мухин, В.Ю.Иванов, А.С.Прохоров, A.M. Балбашов.

90. Антиферромагнитный резонанс и магнитные свойства СаМпОз . XVIII Международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 24-28 июня 2002 г., Москва. Сборник трудов, с.793-795.

91. A. A. Mukhin, A.V. Pimenov, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, A. Loidl.

92. Electromagnons in manganese multiferroics with modulated magnetic structure " International Symposium Spin Waves 2007. Saint Petersburg, June 16-21, 2007.

93. A.A. Mukhin, V.D. Travkin, V.Yu. Ivanov, A.V. Pimenov, A.M. Shuvaev, A. Loidl.

94. Electromagnons in multiferroic manganites with modulated spin structure. Moscow International Symposium on Magnetism, Moscow 2008, Book of Abstracts