Введение к работе
Актуальность темы. Современный уровень развития техники ставит перед исследователями задачи по созданию новых материалов и поиску эффектов, пригодных к практическому использованию. В настоящее время усилился интерес к магнитным материалам в связи с созданием многослойных магнитных пленок, открытием высокотемпературной сверхпроводимости, обнаружением гигантского магнитосо-протйвления как в пленках, таге и в системах с электронным фазовым расслоением и эффектов, связанных с явлением бистабильности. Вещества, обладающие магнитными фазовыми переходами в температурном диапазоне, приемлемом для приложений, также являются вероятными кандидатами на предмет исследования их физических свойств.
Среди магнитоупорядоченных веществ большую часть составляют антиферромагнетики. Они обладаю богатым разнообразием наблюдаемых свойств и, в силу возможности управления: их составом, структурой, а также путем внешних воздействий, служат модельными объектами при изучении фундаментальных вопросов физики конденсированного состояния.
Кристаллы гематита и родственные им кристаллы (слабые ферромагнетики типа «легкая плоскость») являются перспективными материалами для создания устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн, например, гематит уже нашел применение в акустоэлектронике и магнитоэлектронике.
Представляет интерес изучение гематита и с научной точки зрения, так как он, благодаря эффекту обменного усиления, является удобным объектом при изучении слабых индуцированных анизотропных взаимодействий. В силу того, что аддитивные вклады в магнитную кристаллографическую анизотропию гематита почти уравновешивают
друг друга, внедрение примесей может значительно менять величину, а также знак константы магнитной анизотропии. В литературе имеется множество работ, посвященных изучению влияния различных примесей на магнитные свойства гематита. Однако среди них отсутствуют какие-либо данные по гематиту, легированному примесями редкоземельных ионов. Долгое время считалось, что из-за того, что атомный радиус редкоземельных ионов (РЗ) почти в два раза больше атомного радиуса Fe3+, они не могут входить в матрицу гематита в количестве достаточном для того, чтобы как-то повлиять на его анизотропные свойства. Но нами было обнаружено, что легирование гематита всего лишь ~0.01 ат. % ионами РЗ существенно меняет его магниторезонанс-ные и фотомагнитные свойства. Фактически можно говорить о создании новых магнитных материалов, когда путем варьирования сорта и содержания примеси можно получить вещества с заданными свойствами.
В ряду РЗ элементов, ионы диспрозия практически во всех известных соединениях проявляют очень сильные магнитные анизотропные свойства. Поэтому возник интерес к изучению модификации свойств кристаллов гематита при внедрении в него заведомо сильной анизотропной примеси. Ионы же самария, в зависимости от координации и химического состава окружения, могут проявляться либо как изотропные примеси, либо как сильно анизотропные. При этом нельзя наперед угадать, какое качество проявится. Именно изучению влияния примесных ионов диспрозия и самария на анизотропные свойства гематита и посвящено данное исследование.
Дсль работы. Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое исследование влияния примеси редкоземельных ионов на магнитные анизотропные свойства гематита методом магнит-
ного резонанса.
Научная новизна, 1) Методом магнитного резонанса впервые были исследованы кристаллы a-Fe203: Ga,Dy и a-Fe203:Ga,Sm.
В кристалле гематита, легированного ионами галлия и диспрозия при Т = 13 К обнаружен спин-переориентационный фазовый переход в базисной плоскости, который является переходом первого рода.
Обнаружено, что легирование кристалла a-Fe203:Ga (Ga ~ 5 ат. %), находящегося в состоянии с магнитной анизотропией типа «легкая плоскость», ионами Sm3+ в количестве ~ 0.01 ат. % приводит к переходу кристалла в состояние с магнитной анизотропией типа «легкая ось» приТ«150К(Н = 0).
В кристалле a-Fe203:Ga,Sm, когда устойчивым является лнтмфсрро-магнитное одноосное состояние, обнаружен индуцированный магнитным полем переход типа «легкая ось - легкая плоскость», что для данного типа кристаллов обнаружено впервые.
Практическая ценность. Результаты проведенных исследований позволяют глубже понять механизм формирования и изменения магнитных свойств гематита, при легировании его примесными ионами.
Результаты и выводы, полученные в ходе проведенной работы, могут быть использованы в дальнейших разработках, направленных на конструирование материалов с заданными свойствами.
Защищаемые положения. 1) Экспериментальное исследование влияния примесных ионов самарій и диспрозия на магнитные анизотропные свойства гематита методом антиферромагнитного резонанса. 2) Теоретическое объяснение особенностей температурных и ориента-ционных зависимостей резонансного поля в кристалле гематита с примесью галлия и диспрозия.
Апробация. Материалы диссертации были представлены на 7-ой Международной конференции по ферритам ( Бордо, 1996 г.); на Международной конференции по магнетизму (Мельбурн, 1997 г.); на XVI Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (Москва, 1997 г.); на Международном симпозиуме по магнетизму (Москва, 1999 г.).
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, двух приложений, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 104-х страницах машинописного текста, включая 25 рисунков и одну таблицу. Библиографический список содержит 87 наименований.
