WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 9 Восприимчивость парапроцесса ферритов-шпинелей с фрустрированной магнитной структурой © Л.Г. Антошина, Е.Н. Евстафьева, А.И. Кокорев, А.С. Козьмин Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Поступила в Редакцию в окончательном виде 10 ноября 2004 г.) Исследовано поведение восприимчивости парапроцесса в зависимости от температуры para(T ) у образцов систем CuGaxAlxFe2-2x O4 (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7), CuGax Al2xFe2-3x O4 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5) и Gax Fe1-x NiCrO4 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8). Установлено, что возникновение дальнего магнитного порядка при температуре перехода Ttr из состояния кластерного спинового стекла во фрустрированную магнитную структуру сопровождается максимумом восприимчивости парапроцесса para.

1. Введение сти para(T ) у ферритов с фрустрированной магнитной структурой при температурах перехода Ttr и TC.

В качестве объектов исследования были Ранее было установлено, что ферриты-шпинели с фрустрированной магнитной структурой имеют ано- выбраны образцы систем: разбавленных ферритов CuGaxAlxFe2-2xO4 (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7) и мальное поведение спонтанной намагниченности s (T ), CuGaxAl2xFe2-3xO4 (x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5), а также коэрцитивной силы Hc(T ) и производной спонтанной разбавленных ферритов-хромитов GaxFe1-xNiCrO4 намагниченности по температуре (ds/dT)(T ) [1–3].

Оказалось, что резкое уменьшение величины s проис- (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8). Мессбауэровским методом было установлено, что составы систем CuGaxAlxFe2-2xO4 с ходит при более низких температурах Ttr, чем падение замещением x 0.5 [7] и GaxFe1-x[NiCr]O4 с x 0.5 [8] Hc-TC; при повышении температуры величина (ds/dT) имеют фрустрированную магнитную структуру.

увеличивается, в некотором температурном интервале остается постоянной, затем снова уменьшается, не имея максимума при температуре Кюри. Было обнаружено, 2. Эксперимент что ферриты с фрустрированной магнитной структурой имеют два фазовых магнитных перехода: с понижением Исследуемые образцы приготовлены по керамической температуры происходит переход из парамагнитного сотехнологии с отжигом на воздухе и последующим стояния в состояние, представляющее собой спонтанно медленным охлаждением. Первый отжиг ферритов синамагниченные области ограниченных размеров (кластем CuGaxAlx Fe2-2xO4 и CuGaxAl2x Fe2-3xO4 проводилстеры, образованные ближним магнитным порядком), ся при температуре 750C в течение 20 h, второй — а при более низкой температуре — переход из этой при температуре 900C также в течение 20 h. Первый фазы во фрустрированную магнитную структуру [1–3].

отжиг ферритов-хромитов GaxFe1-xNiCrO4 проводился Фрустрированная магнитная структура представляет сопри температуре 1000C в течение 4 h, второй — при бой либо структуру с порванными магнитными связятемпературе 1350C также в течение 4 h. Проведенми, либо кластеры, образованные дальним магнитным ные рентгеновские исследования показали, что образцы порядком. Наше предположение о наличии двух фаявляются однофазными шпинелями. Намагниченность зовых магнитных переходов подтверждается выводами измерялась баллистическим методом в полях до 10 kOe теоретических работ [4,5] о том, что, если в магнитном в интервале температур 80-600 K. Остаточная намагнисоединении имеется переход парамагнетизм-спиновое ченность r и коэрцитивная сила Hc были определены стекло, при дальнейшем понижении температуры может из измерения параметров петли гистерезиса.

возникать второй фазовый магнитный переход типа спиновое стекло-смешанная магнитная фаза (ферримагнетизм + спиновое стекло).

3. Результаты и обсуждение Методом термодинамических коэффициентов [6] установлено, что дальний магнитный порядок у образцов с На рис. 1 и 2 в качестве примера приведены фрустрированной магнитной структурой возникает при результаты исследований для разбавленного феррита температуре перехода Ttr. Температура Ttr определялась CuGa0.4Al0.8Fe0.8O4 и разбавленного феррита-хромита из экстраполяции линейной части зависимости s (T ) Ga0.6Fe0.4NiCrO4 соответственно. Видно, что у данк s = 0.

ных образцов, обладающих фрустрированной магнитПоскольку у ферритов с нефрустрированной магнит- ной структурой, в районе температуры перехода Ttr ной структурой при температуре Кюри должен наблю- на температурной зависимости восприимчивости парадаться максимум восприимчивости парапроцесса para, процесса para(T ), измеренной в поле 6-10 kOe, имеет представляло интерес исследовать поведение зависимо- место широкий максимум. Однако у этих ферритов 1626 Л.Г. Антошина, Е.Н. Евстафьева, А.И. Кокорев, А.С. Козьмин ющий о кластерном спин-стекольном состоянии, который сопровождается широким максимумом на зависимости ac(T ) [13]. Следует отметить, что для этого состава мы также наблюдали максимум на зависимости para(T ) в области температур 150-170 K (рис. 2).

Следует отметить, что для данного состава определенная нами температура возникновения дальнего магнитного порядка 300 K, тогда как синглет в мессбауэровском спектре появляется при T 170 K. На основании этого можно предположить, что при T 170 K уже возникают отдельные кластеры, образованные ближним магнитным порядком. Тогда природа низкотемпературного максимума восприимчивости в районе 170 K, возможно, связана с поворотом магнитных моментов этих кластеров по направлению внешнего магнитного поля.

Следовательно, опираясь на наши экспериментальные результаты и данные работы [13], можно считать, что выше 170 K в образце Ga0.6Fe0.4NiCrO4 имеет место фрустрированная магнитная структура, образованная как дальним, так и ближним магнитным порядком. Однако при температуре перехода Ttr =(310 ± 10) K дальний магнитный порядок исчезает, и выше этой температуры вплоть до температуры Кюри TC существуют кластеры, Рис. 1. Температурные зависимости спонтанной намагниченобразованные только ближним магнитным порядком [3].

ности s(T ), коэрцитивной силы Hc(T ), производной спонтанТаким образом, установлено, что при понижении темной намагниченности (ds /dT )(T ) и восприимчивости парапературы возникновение дальнего магнитного порядка процесса para(T ), измеренной в поле 6-10 kOe, для феррита при температуре перехода Ttr из состояния кластерноCuGa0.4Al0.8Fe0.8O4.

го спинового стекла во фрустрированную магнитную структуру в исследованных ферритах, как разбавленных, так и ферритах-хромитах, сопровождается максимумом в отличие от ферритов с обычным ферримагнитным восприимчивости парапроцесса на зависимости para(T ).

упорядочением при температуре Кюри TC максимум на зависимости para(T ) отсутствует.

Следует отметить, что подобное поведение температурных зависимостей относительной восприимчивости (T /RT )(T ) имело место для разбавленных ферритов (Cd0.5Fe0.5)[Co0.5+tTitFe1.5-2t]O4 [9], ZnxMg1-xFe2O4 [10] и ферритов-хромитов CoAlxCrx Fe2-2xO4 [11]. Авторы работ [9–11] отмечают, что широкий максимум на зависимостях (T /RT )(T ) наблюдался при температурах значительно меньших, чем TC.

В работе [12] получены аналогичные результаты для составов системы GaxFe1-x[NiCr]O4 (x = 0.2, 0.4, 0.6). Для этих образцов обнаружены широкие пики на зависимостях ac(T ) в интервале температур 20-320 K. Поскольку, по мнению авторов работы [12], у ферритов-хромитов Ga0.2Fe0.8NiCrO4, Ga0.4Fe0.6NiCrOи Ga0.6Fe0.4NiCrO4 температура Кюри TC больше 320 K, широкие пики не соответствуют TC. Авторы этой работы предполагают, что появление широких пиков на температурных зависимостях ac(T ) связано со вторым низкотемпературным переходом, природа которого не очень ясна, поскольку пики восприимчивости в этой Рис. 2. Температурные зависимости спонтанной намагниченсистеме являются чрезвычайно широкими.

ности s(T ), коэрцитивной силы Hc(T ), производной спонтанИсследование мессбауэровских спектров образца ной намагниченности (ds /dT )(T ) и восприимчивости параGa0.6Fe0.4NiCrO4 показало, что при T 170 K в спек- процесса para(T ), измеренной в поле 6-10 kOe, для ферритре появляется центральный максимум, свидетельству- та-хромита Ga0.6Fe0.4NiCrO4.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Восприимчивость парапроцесса ферритов-шпинелей с фрустрированной магнитной структурой полях носят изотропный характер (рис. 3). Аналогичное поведение зависимостей (H), (H) и (H) было установлено во всем исследованном интервале температур. Такое поведение изотерм магнитострикции (H) и (H) свидетельствует о том, что в этом феррите имеет место неколлинеарная магнитная структура, которая сопровождается монотонным убыванием величины para с повышением температуры (рис. 4). Из рис. также видно, что, как и следовало ожидать, у феррита CuGa0.1Al0.2Fe1.7O4 с обычным ферримагнитным упорядочением резкий максимум на температурной зависимости para(T ) наблюдается при температуре Кюри TC. При этом зависимость (ds/dT)(T ) также имеет обычный вид: с повышением температуры велична ds/dT только возрастает (по модулю), имея резкий максимум при TC.

Рис. 3. Изотермы намагниченности (H) (T = 80 K), продольСледует заметить, что подобное поведение изоной (H) и поперечной (H) магнитострикций (T = 87 K) терм (H), (H) и (H) наблюдалось и для ферридля феррита CuGa0.1Al0.2Fe1.7O4.

тов-хромитов NiFeCrO4 в области низких температур и Ga0.6Fe0.4NiCrO4 во всем исследованном интервале температур. На рис. 5 в качестве примера приведены изотермы (H), (H) и (H) для состава Ga0.6Fe0.4NiCrOвблизи температуры жидкого азота. Видно, что в полях H > 3 kOe зависимости (H) и (H) носят изотропный характер. Изотермы (H) и (H) для состава NiFeCrO4 изотропны во всех полях [14]. На основании этого также можно сделать вывод о неколлинеарном магнитном упорядочении в этих образцах, которое, по-видимому, возникает вследствие сильного прямого отрицательного обменного взаимодействия Cr3+-Cr3+ в B B B-подрешетке ферритов-хромитов.

Рис. 4. Температурные зависимости спонтанной намагниченности s(T ), коэрцитивной силы Hc(T ), производной спонтанной намагниченности (ds /dT )(T ) и восприимчивости парапроцесса para(T ), измеренной в поле 6-10 kOe, для феррита CuGa0.1Al0.2Fe1.7O4.

Надо отметить, что с увеличением замещения немагнитных ионов x во всех трех исследуемых системах максимумы на зависимостях para(T ) значительно расширяются и сдвигаются в область более низких температур.

При изучении магнитострикции обнаружено, что у феррита CuGa0.1Al0.2Fe1.7O4 на зависимостях (H), Рис. 5. Изотермы намагниченности (H) (T = 81 K), продоль(H), а также (H) отсутствует насыщение, при этом ной (H) и поперечной (H) магнитострикций (T = 88 K) изотермы магнитострикции (H) и (H) во всех для феррита-хромита Ga0.6Fe0.4NiCrO4.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1628 Л.Г. Антошина, Е.Н. Евстафьева, А.И. Кокорев, А.С. Козьмин зависимости para(T ) для образца NiFeCrO4 (рис. 6).

Из этого рисунка видно, что резкий максимум на кривой para(T ) наблюдается при температуре Кюри TC, как у обычного ферримагнетика. В феррите-хромите NiFeCrO4 ниже температуры TC за магнитный момент ответственна тетраэдрическая подрешетка, магнитная структура которой не является фрустрированной.

Очевидно, что второй максимум на кривой зависимости para(T ) при T TC связан с увеличением степени неколлинеарности в B-подрешетке феррита при нагревании образца выше TC.

4. Заключение Обнаружено, что у ферритов систем CuGaxAlxFe2-2xO4 (x 0.5), CuGax Al2xFe2-3xO(x 0.3), и Gax Fe1-xNiCrO4 (x 0.2) с фрустрированной магнитной структурой широкий размытый максимум на температурной зависимости восприимчивости парапроцесса para(T ) имеет место в районе температуры Ttr, а при температуре Кюри TC он отсутствует.

Сделано предположение, что этот максимум обусловлен ростом намагниченности за счет вращения магнитных моментов кластеров к направлению внешнего магнитного поля и парапроцесса, связанного с уменьшением Рис. 6. Температурные зависимости спонтанной намагниченности s(T ), коэрцитивной силы Hc(T ), производной спонтан- степени неколлинеарности внутри кластеров.

ной намагниченности (ds /dT )(T ) и восприимчивости парапроцесса para(T ), измеренной в поле 6-10 kOe, для ферриСписок литературы та-хромита NiFeCrO4.

[1] Л.Г. Антошина, Е.Н. Кукуджанова. ФТТ 40, 8, 1505 (1998).

[2] L.G. Antoshina. J. Phys.: Condens. Matter. 13, L127 (2001).

[3] L.G. Antoshina, A.N. Goryaga, V.V. Sankov. Physics of Metals Что касается второго максимума на зависимости and Metallography 93, 1, S119 (2002).

para(T ) для состава CuGa0.4Al0.8Fe0.8O4 в районе тем[4] J.L. Van Hemmen. Phys. Rev. Lett. 49, 6, 409 (1982).

пературы 200 K, то, возможно, здесь происходит изме[5] A.C.D. Van Enter, J.L. Van Hemmen. Phys. Rev. A 29, 1, нение степени неколлинеарности магнитного упорядоче(1984).

ния, что сопровождается изгибом на зависимости Hc(T ) [6] К.П. Белов, А.Н. Горяга. ФММ 2, 1, 3 (1956).

(рис. 1).

[7] А.А. Опаленко, Л.Г. Антошина, А.И. Кокорев, А.И. Фиров.

Анализируя полученные результаты, можно предполо- Вестн. МГУ. Сер. 3, Физика, астрономия 5, 76 (2002).

[8] J.K. Srivastava, G. Jehanno. J. Phys. Soc. Japan 56, жить, что аномальное поведение зависимости para(T ) в (1987).

области температуры Ttr у исследованных в данной рабо[9] S.A. Patil, V.C. Mahajan, M.G. Patil et al. J. Mater. Sci. 34, те ферритов обусловлено тем, что рост намагниченности 6081 (1999).

с полем осуществляется за счет вращения магнитных [10] G. Chandrasekaran, P.N. Sebastian. Mater. Lett. 37, 17 (1998).

моментов кластеров к направлению внешнего магнит[11] D.R. Mane, U.N. Devatwal, K.M. Jadhav. Mater. Lett. 44, ного поля и парапроцесса, связанного с уменьшением (2000).

степени неколлинеарности внутри кластеров.

[12] J.K. Srivastava, G. Jehanno, K. Muraleedharan et al. J. Magn.

Из анализа температурных зависимостей спонтанной Magn. Mater. 67, 43 (1987).

намагниченности s(T ) у образцов систем [13] J.K. Srivastava, K. Muraleedharan, R. Vijayaraghavan. Phys.

Stat. Sol. (b) 140, K137 (1987).

CuGaxAlxFe2-2xO4 (x 0.5), CuGaxAl2xFe2-3xO[14] Л.Г. Антошина, А.Н. Горяга, Д.А. Чурсин. ФТТ 44, 4, (x 0.3), а также GaxFe1-xNiCrO4 (x 0.2) можно (2002).

сделать вывод, что фрустрация магнитных связей имеет [15] Л.Г. Антошина, А.Н. Горяга, В.В. Саньков. ФТТ 42, 8, место в обеих подрешетках ферритов [15,16]. В то (2000).

же время у феррита-хромита NiFeCrO4, имеющего [16] L.G. Antoshina, A.N. Goryaga, V.V. Sankov, D.A. Chursin.

температуру компенсации Tc 325 K (температура J. Phys.: Condens. Matter. 14, 8103 (2002).

Кюри TC 575 K), фрустрация магнитных связей имеет место только в октаэдрической подрешетке [14].




© 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.