WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 4 Аномалии магнитного поведения резко охлажденного мезогена хрома © Н.Е. Домрачева, И.В. Овчинников, А. Туранов, Г. Латтерманн Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Российской академии наук, 420029 Казань, Россия Universitt Bayreuth, D-95440 Bayreuth, Germany E-mail: domracheva@mail.knc.ru (Поступила в Редакцию 1 июля 2002 г.) Для соединения, обладающего жидкокристаллической колончатой фазой LCrCl3 (где L — азациклононановый лиганд), обнаружен эффект постоянства величины магнитной восприимчивости в температурном интервале от 4.2 до 10 K. Эффект проявляется при резком охлаждении образца из мезофазы и имеет релаксационный характер. Многоямность потенциала системы и термически неравновесное ориентационное распределение электрческих дипольных моментов связей Cr–Cl являются, вероятно, причиной наблюдаемого релаксационного магнитоэлектрического эффекта.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 02-03-32179).

Создание металломезогенов — соединений, содержа- 1. Экспериментальная часть щих атомы переходных металлов и способных образовывать жидкокристаллическую фазу, — заметно обогатило Исследования магнитного резонанса проводились на физику жидких кристаллов за счет исследования оптирадиоспектрометре ЭПР фирмы „Tomson“ с рабочей ческих, электрических и магнитных свойств [1,2]. Жидчастотой 9 GHz. Магнитные измерения были выполнены кокристаллическая фаза многих металломезогенов при на SQUID-магнитометре, точность стабилизации темпеохлаждении стеклуется. При этом сохраняется надморатуры была лучше 0.1 K. В обоих методах использоваллекулярная организация, возникающая в мезофазе, что ся мезоген хрома LCrCl3 из той же партии, для которой позволяет формировать упорядоченные низкоразмерные ранее были проведены измерения [3]. Однако в данных (low-dimensional) молекулярные структуры и исследоэкспериментах исследовался образец, находящийся в завать их свойства при низких температурах. В работе [3] стеклованном жидкокристаллическом состоянии, котометодами ЭПР и диэлектрической спектроскопии выяврое получалось резким (в течение 1 min) охлажденилены особенности магнитных и элекрических свойств ем образца из локально дипольно-упорядоченной Colxdмезогена хрома LCrCl3 (рис. 1) в колончатых фазах. Эти мезофазы. Наблюдаемое магнитное поведение сильно особенности, возникающие при T = 328 K в колончатой зависело от предыстории образца, т. е. от того, как (Colxd) фазе, связаны с конденсацией мягкой моды и низкотемпературная фаза была получена. При прямом свидетельствуют о возможном переходе системы из патемпературном ходе (нагрев образца) все измерения раэлектрического в дипольно-упорядоченное состояние.

выполнялись в интервале от 4.2 до 300 K. Проводились Локальное дипольное упорядочение в колонке из молетакже измерения при обратном температурном ходе кул LCrCl3 может возникать вследствие наличия корре(режим охлаждения). На рис. 2 приведены температурлированных вдоль колонки искажений связей Cr-Cl и за ные зависимости магнитной восприимчивости застексчет смещений ионов Cr3+ из центрально-симметричных лованного (из дипольно-упорядоченной фазы) жидкопозиций. В результате электрический дипольный момент кристаллического образца при нагреве и охлаждении.

связи Cr–Cl будет иметь несколько дискретных ориетаВ режиме нагрева (для предварительно быстро охлаций, каждой из которых соответствует потенциальная жденного из мезофазы образца) наблюдалось постояняма.

ство величины магнитной восприимчивости в области Наличие одновременно магнитных (парамагнитных) температур 4.2-10 K с последующим ее резким спадом.

и электрических дипольных свойств у мезогена хрома В режиме охлаждения образца величина магнитной восв условиях многоямного потенциала позволяет рассматприимчивости монотонно росла с понижением темпераривать его в качестве объекта, потенциально обладатуры по закону Кюри–Вейса CW = C/(T - )+dia с конющего магнитоэлектрическими эффектами, подобными стантой C, соответствующей значению спина S = 3/2, и рассмотренным в работах [4–9], в которых в каче = 0.65 K [3]. Заметим, что прямой и обратный темпестве внешнего воздействия использовалось нестационарное электрическое поле. Другая возможность со- ратурный ход не совпадал ниже T = 11 K, где фиксировался гистерезис с эффектом памяти — с возвратом при здания нестационарного (термически неравновесного) обратном температурном ходе в ту же точку, с которой состояния дипольной системы может быть реализована резким охлаждением. В проведении такого исследования начинались изменения магнитной восприимчивости при и состояла цель данной реботы. прямом ходе.

12 754 Н.Е. Домрачева, И.В. Овчинников, А. Туранов, Г. Латтерманн восприимчивости. Регистрируемые изменения для режимов нагрева и охлаждения приведены на рис. 3.

Спектр ЭПР застеклованного из Colxd-мезофазы образца представлял собой одну слабо асимметричную линию с шириной H порядка 500 G, практически не меняющуюся в исследуемом температурном интервале.

Рис. 1. Структурная формула металломезогена LCrCl3.

Как видно из рис. 2, 3, аномалии магнитного поведения в образце, выявленные методом ЭПР, выражены заметно слабее по сравнению с полученными при измерениях на SQUID-магнитометре. Это связано с тем, что для регистрации эффекта требуется быстрый метод измерения интенсивности линий ЭПР, а в используемой методике сигнал ЭПР регистрировался на самописце.

2. Обсуждение результатов Формально наблюдаемое температурное поведения магнитной восприимчивости — постоянство величины в интервале температур 4.2–10 K и крутой (почти в 2.7 раза) спад восприимчивости вблизи Tc 9K (см.

рис. 2, прямой ход) — напоминает фазовый переход Рис. 2. Температурная зависимость магнитной восприимчивов образце из ферромагнитного в неупорядоченное состости при нагревании и охлаждении комплекса LCrCl3.

яние с ферромагнитной температурой Кюри Tc 9K.

Аналогично ведут себя квазидвумерные гейзенберговские слоистые ферромагнетики (см., например, [10]).

Константу обмена (J/k) в этом случае можно оценить двумя способами: для неупорядоченного (T /Tc > 1) [3] и магнитоупорядоченного (T /Tc < 1) [10] состояний вещества. Оценки показывают, что значения констант (J/k)1 = 0.13 K (выше Tc) и (J/k)2 = 19 K (ниже Tc) кардинально различаются. Это несоответствие и явно релаксационный характер эффекта позволяют не рассматривать этот вариант, а обсудить возможность существования в застеклованном образце релаксационного магнитоэлектрического эффекта.

Релаксационный магнитоэлектрический эффект в парамагнетиках заключается в заметном увеличении намагниченности образца (спиновой поляризации) при включении (выключении) внешнего электрического поРис. 3. Температурная зависимость интегральной интенсивноля или наложении переменного поля. Насколько нам сти (A) линии ЭПР Cr3+ при нагревании и охлаждении образца.

изсестно, он наблюдается на двух монокристаллических образцах: на примесных ионах Co2+ в SrO [4,5] и в плеохроичном кварце на Al3+–O--центрах, образуюЕсли образец после двух циклов перевести вновь щихся при изоморфном замещении Al3+ Si4+ в тетв упорядоченную Colxd-мезофазу и застекловать, все раэдре SiO4 [6–9]. Эффект наблюдался в диэлектриках, аномалии поведения магнитной восприимчивости просодержащих парамагнитные центры, с которыми кроме явятся вновь.

магнитного связан и электрический дипольный момент, Дополнительно были проведены эксперименты по изуимеющий несколько дискретных ориентаций. В первом чению релаксационного характера наблюдаемого эффекслучае (Co2+) нецентральный примесный ион туннета. Если система (режим нагрева после быстрого охлалирует между отдельными потенциальными ямами, во ждения) выдерживалась при T = 7 K, равновесное значевтором случае электронная дырка (на O-) может также ние CW достигалось в течение 7 min; при T = 7.6K — туннелировать между двумя ближайшими ионами кислоза 3.5 min.

рода, что (в обоих случаях) соответствует реориентации Методом ЭПР фиксировалось похожее поведение тем- электрического диполя.

пературной зависимости интегральной интенсивности После включения (выключения) электрического поля A = I H2 (где I — пиковая высота первой произ- система реориентирующихся электрических диполей буводной, H — ширина линии между пиками) линии дет находиться в неравновесном состоянии, и при достаЭПР, которая пропорциональна величине магнитной точно медленном выключении поля E возможны (при Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Аномалии магнитного поведения резко охлажденного мезогена хрома наличии связи между электрическими и магнитными ди- измеренной на образце, охлажденном в отсутствие полями) кратковременные отклонения намагниченности внешнего поля. Однако проведенный нами эксперимент („всплески“ сигнала ЭПР) от ее равновесных значений, зафиксировал постоянство ZFC в интервале температур обусловленные возрастанием спиновой поляризации па- 4.2–6.5 K при охлаждении в нулевом магнитном поле рамагнитных ионов. Возможные модели, объясняющие и ее последующий резкий спад к равновесному (CW ) увеличение спиновой поляризации, предложены в рабо- значению.

тах [4–9].

Обнаружение релаксационного эффекта магнитоэлекИзменение величины внешнего электрического поля трического типа в застеклованном жидкокристалличев этих исследованиях приводит к изменению величин ском образце представляет интерес в связи с поиском штарковских зазоров (расстояний между минимумами новых низкоразмерных материалов, проявляющих маготдельных потенциальных ям), скорости туннельного нитоэлектрические свойства. Можно надеяться также, движения частиц между структурными позициями и что найдена модекуляная система, которая позволит величины связи между системами электрических и магнаблюдать релаксационный магнитоэлектрический эфнитных диполей.

фект во внешних электрических полях; в частности, Существенное отличие нашего эксперимента от пронаибольший интерес представляют изучение эффекта веденных ранее (см. выше) состоит в отсутствии внешквазистационарного увеличения намагниченности паранего электрического поля и использовании не монокримагнетика переменным электрическим полем [6,7,9] и сталлического, а застеклованного из жидкокристалличевозможность получения мазер-эффекта [5].

ской фазы молекулярного образца.

Авторы выражают благодарность Н.Н. Гарифьянову Если одна из связанных подсистем — электрическая за помощь в проведении измерений на SQUID-магнидипольная или спиновая — выведена из состояния тометре.

равновесия, то в результате взаимодействия вторая подсистема также должна выйти из состояния равновесия.

В соединении LCrCl3 электрическая подсистема диполей Список литературы переводится в неравновесное состояние быстрым, резким охлаждением из дипольно-упорядоченной фазы. Ре[1] Metallomesogens: synthesis, properties, and applications/ лаксация этой подистемы к равновесному состоянию моEd. J.L. Serrano. VCH, Weinheim–N. Y.–Basel–Cambridge– жет сопровождаться перераспределением заселенности Tokyo (1996).

зеемановских подуровней [6–9] и движением потенци- [2] И.В. Овчинников, Ю.Г. Галяметдинов, Рос. хим. журн. 45, 3, 74 (2001).

альных ям [4,5] за счет изменения величины внутреннего [3] Н.Е. Домрачева, И.В. Овчинников, А. Туранов, Г. Латтерэлектрическго поля (т. е. штарковских расщеплений).

манн, А. Фачер. ФТТ 43, 6, 1145 (2001).

В обоих случаях включение или выключение внешнего [4] В.С. Вихнин, Л.С. Сочава, В.А. Крылов, Ю.Н. Толпаров.

электрического поля в работах [4–9] сопровождалось Письма в ЖЭТФ 40, 10, 426 (1984).

возрастанием спиновой поляризации.

[5] В.Э. Бурсиан, В.С. Вихнин, Л.С. Сочава. Изв. АН СССР.

Наблюдаемый нами эффект по внешнему проявлению Сер. физ. 52, 3, 477 (1988).

весьма напоминает температурную зависимость эффекта [6] И.В. Матяш, А.Б. Брик, А.П. Заяц, В.В. Мазыкин. Радиоувеличения относительной намагниченности переменспектроскопия кварца. Наук. думка, Киев (1987). 165 с.

ным электрическим полем [6,11]. Увеличение нерав[7] А.Б. Брик. В кн.: Радиоспектроскопия твердого тела, Наук.

новесной магнитной восприимчивости относительно ее думка, Киев (1992). С. 202.

равновесных значений (описываемых законом Кюри– [8] А.Б. Брик, И.В. Матяш, С.С. Ищенко. ЖЭТФ 79, 5, Вейса) достигает приблизительно двух раз (heat/cool) 1902 (1980).

(см. вставку на рис. 2). [9] А.Б. Брик. ФТТ 24, 2, 500 (1982).

Проводилась также проверка альтернативного [10] W.E. Estes, D.B. Losee, W.E. Hatfield. J. Chem. Phys. 72, 1, 630 (1980).

„спин-стекольного“ качественного объяснения наблюда[11] А.Б. Брик. ФТТ 27, 12, 3687 (1985).

емого эффекта.

[12] С.Л. Гинзбург. Необратимые явления в спиновых стеклах.

Известно, что такие системы, как спиновые стекНаука, М. (1989). 152 с.

ла [12], обладают долговременной релаксацией, отражающей неэргодичность стеклообразной фазы и проявляющейся в постоянстве магнитной восприимчивости FC (FC — field-cooled) ниже температуры „замерзания“ Tg ориентационных состояний магнитных моментов. При этом система охлаждается в присутствии внешнего магнитного поля. Результат, приведенный на рис. 2, также соответствует условию наличия внешнего магнитного поля. Если бы магнитное поведение исследуемого мезогена описывалось чисто „спин-стекольным“ механизмом, то ниже Tg наблюдалось бы резкое уменьшение магнитной восприимчивости ZFC (ZFC — zero field-cooled), 12 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.