НАЦIОНАЛЬНА АКАДЕМIЯ НАУК УКРАЇНИ

ФIЗИКО-ТЕХНIЧНИЙ IНСТИТУТ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР IМЕНI Б.I.ВЄРКIНА

На правах рукопису

УДК 537.622.5

САВИЦЬКИЙ Володимир Миколайович

ДОСЛIДЖЕННЯ МАГНIТНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

АНТИФЕРОМАГНЕТИКIВ В ОБЛАСТI

ОРIЄНТАЦIЙНОГО ПЕРЕХОДУ

01.04.11 - магнетизм

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття вченого ступеня

кандидата фiзико-математичних наук

ХАРКIВ - 2000

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана в Фiзико-технiчному iнститутi низьких температур

iм.Б.I.Вєркiна Нацiональної Академiї наук України.

Науковий керiвник: кандидат фiзико-математичних наук,

старший науковий спiвробiтник

ДУДКО Костянтин Львович

(ФТIНТ НАН України, старший науковий спiвробiтник)

Офiцiйнi опоненти: доктор фiзико-математичних наук,

старший науковий спiвробiтник

ХАЦЬКО Євген Миколайович

(ФТIНТ НАН України, провiдний науковий спiвробiтник).

доктор фiзико-математичних наук,

професор

МАКАРОВ Володимир Iванович

(НВП "Хартрон-Плант", завiдуючий вiддiлом).

Провiдна установа - Харкiвський Нацiональний унiверситет

iм. В.Н.Каразiна (Фізичний факультет).

Захист вiдбудеться _28_ березня 2000 р.

о _15_ годинi на засiданнi Спецiалiзованої ради

К64.175.03 при Фiзико-технiчному iнститутi низьких температур iм. Б.I.Вєркiна НАН України (61164, м.Харкiв-164, пр.Ленiна, 47).

З дисертацiєю можна ознайомитись у бiблiотецi Фiзико-технiчного iнституту низьких температур iм.Б.I.Вєркiна НАН України.

Автореферат розiслано _25_ лютого 2000 р.

Вчений секретар Спецiалiзованої ради

доктор фiзико-математичних наук Є.С.Сиркiн

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми дисертацiї. Проблема фазових переходiв - одна з центральних у макрофiзицi. В останнiй час поряд з добре вивченими переходами типу порядок - непорядок iнтерес дослiдникiв викликають переходи типу порядок - порядок, коли структура втрачає стiйкiсть i перетворюється в структуру нової симетрiї. Цi перетворення вiдбуваються шляхом орiєнтацiйних фазових переходiв (ОФП), якi в антиферомагнетиках (АФМ) викликаються, зокрема, зовнiшнiм магнiтним полем. До цього часу накопичено досить значний об`єм знань, якi систематизовано в роботах [1-4]. Характерним завданням бiльшостi робiт по експериментальному вивченню таких переходiв було вимiрювання критичних полiв та їх залежнiсть вiд зовнiшнiх параметрiв, а також iдентифiкацiя i вивчення властивостей фаз, що реалiзуються до та пiсля переходу. В той же час особливоє уваги потребує питання про те, що являє собою структура АФМ в безпосереднiй близькостi до точки фазового переходу (ФП), i чи iдентична вона структурi однiєї з фаз. У вiдповiдностi з теорiєю Ландау для надпровiдникiв, що має, очевидно, i загальний термодинамiчний сенс, в областi ФП виникає неоднорiдний стан (промiжний або змiшаний), що i було пiдтверджено експериментально. У зв`язку з цим при iнтерпретацiї результатiв досить суттєво визначити рiд переходу i тип стану, який при цьому реалiзується. Iнтерес до цiєє задачi визначається як фундаментальними аспектами подальшого розвитку проблеми ФП в АФМ, так i широким застосуванням магнiтних матерiалiв у технiцi та електронiцi. Особливо актуальною ця проблема видається у зв`язку з пошуками нових матерiалiв з наперед заданими i керованими властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Робота виконана в розвиток традицiйних дослiджень вiддiлу низькотемпературного магнетизму ФТIНТ НАНУ, що ведуться тут на протязi багатьох рокiв. Вони проведенi у межах тематичного плану iнституту з вiдомчої тематики за темою "Статичнi та динамiчнi властивостi магнiтоконцентрованих систем" (N державної реєстрацiї 0196U002953), зокрема, її роздiлу, присвяченому вивченню магнiтних фазових перетворень i неоднорiдних станiв у багатопiдграткових магнетиках.

Мета роботи - докладне дослiдження поведiнки ряду АФМ з рiзними

типами симетрiї пiд час спiнової переорiєнтацiї, що вiдбувається у зразковi пiд дiєю зовнiшнього магнiтного поля. Головне завдання - це визначення зовнiшнiх параметрiв ОФП, його роду, та типу структур, якi при цьому реалiзуються. Значної уваги потребує проблема iнтерпретацiї експериментальних результатiв та їх спiвставлення з даними iнших авторiв. Об`єктами дослiджень було обрано як одноосьовi (MnF2, Cr2O3), так i двоосьовий (CuCl2*2H2O) АФМ, а також ортоферит SmFeO3 та АФМ

протофаза ВТНП La2CuO4.

Наукова новизна одержаних результатiв визначається рядом експериментальних фактiв, отриманих вперше, якi i складають основнi

положення дисертацiї, що виносяться на захист:

1. Виявлення явища зменшення магнiтної сприйнятливостi антиферомагнетика пiд час ОФП при малих кутах вiдхилення зовнiшнього поля вiдносно АФМ-вiсi кристалу.

2. Вiдокремлення оборотної частини магнiтної сприйнятливостi вiд необоротної в зразках, що знаходяться в промiжному станi. Використання даного явища у якості методу, придатного для визначення типу магнітного розшарування зразка під час ОФП.

3. Виявлення магнітного розшарування у АФМ Cr2O3, що є відмінним від

проміжного стану.

4. Виявлення тонкої структури слабкоферомагнiтного переходу у купратi

лантану.

5. Виявлення явища магнiтної пам'ятi у монокристалi La2CuO4.

6. Виявлення впливу рiдкiсноземельної пiдсистеми на орiєнтацiйний перехiд у самарiєвому ортоферитi при Т < 4,2 К.

Практичне значення роботи. Експериментальне вiдокремлення внескiв двох рiзних механiзмiв у магнiтну сприйнятливiсть пiд час ОФП

може сприяти одержанню теоретичних оцiнок параметрiв намагнiчення АФМ кристалiв. Зокрема, можливе визначення констант магнiтного гамiльтонiана як одно-, так i двоосьових АФМ з врахуванням результатiв експериментiв. З огляду на розширення сфери практичного використання даного класу матерiалiв у технiцi досить корисним буде i застосування розробленого нового методу дослiджень. Виявлення i вивчення явища магнiтної пам`ятi у La2CuO4 може в значнiй мiрi стимулювати як теоретичнi, так i дослiднi роботи з пошуку нових моделей механiзму надпровiдностi ВТНП.

Особистий внесок здобувача: Всi результати, що ввiйшли до дисертацiї, одержанi за безпосередньою участю здобувача. Ним особисто створено експериментальну установку для магнiтних дослiджень у полi надпровiдного соленоїда та ряд iнших пристроїв. Дисертант брав участь у плануваннi та проведеннi експериментiв, обговореннi їх результатiв та написаннi друкованих праць.

Апробацiя роботи. Матерiали дисертацiї доповiдались: на Республiканських наукових семiнарах з фiзики магнiтних явищ м.Донецьк, 1987, 1988 та 1990 р.), XIX Науково-технiчнiй конференцiї молодих вчених та спецiалiстiв НТК ФТIНТ АН УРСР (м.Харкiв, 1988 р.), Мiжнароднiй конференцiї з магнетизму (м.Париж, 1988 р.), 4-й Мiжнароднiй конференцiї з фiзики магнiтних матерiалiв (м.Щирк-Бiла, Польща, 1988 р.), 18-й Всесоюзнiй конференцiї з фiзики магнiтних явищ (м.Калiнiн, 1988 р.), Мiжнароднiй конференцiї з магнiтних фазових переходiв (м.Осака, 1990 р.), Обласнiй 21-й науково-технiчнiй конференцiї молодих дослiдникiв (м.Харкiв, 1990 р.), 35-й Щорiчнiй конференцiї з магнетизму та магнiтних матерiалiв (м.Сан-Дiєго, 1990 р.), 19-й Всесоюзнiй конференцiї з фiзики магнiтних явищ (м.Ташкент, 1991 р.), Мiжнароднiй конференцiї "Сверхпроводимость. Физические аспекты"

(SPA'95) (м.Харкiв, 1995 р.), 21-й Мiжнароднiй конференцiї з фiзики низьких температур (LT-21) (м.Прага, 1996 р.), 7-й Мiжнароднiй конференцiї з феритiв (ICF-7) (м.Бордо, 1996 р.), XXXI Нарадi з фiзики низьких температур (м.Москва, 1998 р.), 22-й Мiжнароднiй конференцiї з фiзики низьких температур (LT-22) (м.Хельсiнки, 1999 р).

Публiкацiї. Основнi результати дисертацiї опублiковано у 8 друкованих працях:

1. Dudko K.L., Eremenko V.V., Gapon N.V., Savitskii V.N. and Soloviev V.V. Spin-flop transition in CuCl2*2H2O: anomalies of magnetic properties and macroscopic structure // J.de Physique. - 1988. V.49, N12. - P.C8-821.

2. Гапон Н.В., Дудко К.Л., Еременко В.В., Савицкий В.Н., Соловьев В.В. Спин-флоп в антиферромагнитном MnF2: аномалии магнитных свойств в

модуляционных измерениях // Тезисы докладов XVIII Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. - Калинин: - 1988. - С.740-741.

3. Eremenko V.V., Dudko K.L., Gapon N.V., Savitskii V.N., Soloviev V.V. and Finegold V.L. On the influence of the rare-earth subsystem on the orientation transition in samarium orthoferrite // Acta Physica Polonica. - 1989. V.А76, N1. - Р.79-81.

4. Савицкий В.Н., Соловьев В.В., Гапон Н.В., Дудко К.Л. Влияние магнитной обработки на "слабоферромагнитный" переход в La2CuO4// Тезисы докладов Областной XXI научно-технической конференции молодых исследователей ФТИНТ АН УССР. -Харьков: -1990. -С.61-62.

5. Гапон Н.В., Дудко К.Л., Савицкий В.Н., Соловьев В.В. Проявление "магнитной памяти" в антиферромагнитной фазе La2CuO4 // Тезисы докладов XIX Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. - Часть 2. - Ташкент: - 1991. - С.12.

6. Дудко К.Л., Гапон Н.В., Савицкий В.Н., Соловьев В.В. Слабоферромагнитный переход в монокристалле La2CuO4 в нестационарном поле // ФНТ. - 1995. Т.21, N3. - С.270-277.

7. Savitsky V.N, Dudko K.L., Gapon N.V., Soloviev V.V. Coercivity of interphase boundaries at magnetization of antiferromagnetic MnF2 in the intermediate state // Czech.Journ. of Phys. - 1996. V46, NS4. - P.2117-2118.

8. Савицкий В.Н., Гапон Н.В., Дудко К.Л. Исследование магнитных неоднородностей при спин-флоп переходе в Cr2О3 // Тезисы докладов 31 Совещания по физике низких температур. - М.: -1998. - С.96-97.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiя складається iз вступу, 5 роздiлiв, висновкiв та списку використаних джерел, що мiстить 115 найменувань. Загальний обсяг роботи складає 102 сторiнки тексту та 66 малюнкiв, розмiщених на 38 сторiнках.

ЗМIСТ РОБОТИ

У вступi обгрунтовано актуальнiсть теми проведених дослiджень, вказана мета дисертацiйної роботи, наукова новизна одержаних результатiв, їх практична цiннiсть, та перераховано основнi положення роботи, якi виносяться на захист.

У першому роздiлi мiститься короткий огляд теоретичних уявлень про ОФП, що вiдбувається пiд дiєю зовнiшнього магнiтного поля у одноосьових та двоосьових АФМ. Акцентовано увагу на характеристицi стану речовини, що реалiзується пiд час ОФП у зразках скiнченних розмiрiв. Зроблено короткий опис кристалiчних та магнiтних структур речовин, якi є предметом дослiджень даної роботи, а також приведено основнi експериментальнi результати, що характеризують властивостi цих речовин.

У другому роздiлi викладено методику експериментальних дослiджень ОФП в АФМ. Докладно описано способи одержання iмпульсного та постiйного магнiтного поля а також методику охолодження зразкiв. Особливу увагу звернено на створення систем орiєнтацiї зразкiв у зовнiшньому полi. Описано систему вимiрювань та реєстрацiї експериментальних даних. Зроблено опис нового методу магнiтних вимiрювань, що поєднав у одному експерименті дві широко відомі методики - індукційну та модуляційну. Це дозволило одержати результати, недосяжні для окремого їх використання. Основою комбінованої методики є модуляція імпульсного магнітного поля (довжина імпульсу - 33 мс) змінним полем частотою 2 МГц та амплітудою 1 Е з окремою реєстрацією відгуку зразка на їх дію.

Третiй роздiл присвячено експериментальним дослiдженням ОФП у АФМ рiзної симетрiї. Оновним результатом дослiджень є виявлення явища зменшення магнiтної сприйнятливостi антиферомагнетика пiд час ОФП при незначних кутах вiдхилення зовнiшнього поля вiдносно АФМ-вiсi кристалу.

Теоретично магнiтна сприйнятливiсть визначена як М/Н, при умовi спрямування Н до 0. До цього часу експериментатори не надавали особливого значення розмiрам iнтервалу Н у своїх вимiрюваннях. Але при деяких умовах ця обставина може вiдiгравати визначальну роль. На мал.1 представлено результати, одержанi комбiнованою методикою на зразковi CuCl2*2H2O. Тут приведено кутовi залежностi магнiтної сприйнятливостi, одержанi у iндукцiйному (крива 1) та модуляцiйному (крива 2) каналах.

Мал.1. Кутовi залежностi магнiтної сприйнятливостi, виміряної у одному експериментi iндукцiйною (1) та модуляцiйною (2) методиками, та повної ширини iнтервалу поля переходу (3) в CuCl2*2H2O.

Звертає увагу незвична поведiнка кривої 2. Традицiйно стрибок сприйнятливостi пiд час переходу є тим бiльшим, чим точнiше орiєнтовано зовнiшнє поле вздовж АФМ-вiсi. Нам же вдалося одержати криву, коли зi зменшенням кута нахилу поля сприйнятливiсть спадає i при =0 вона є мiнiмальною. Така поведiнка сприйнятливостi виявлена вперше. Область кутiв, де iснують розбiжностi в експериментальних результатах, вiдповiдає звичайним розмiрам критичної областi iснування промiжного стану у АФМ (див. напр. [4-5]). Згiдно з лiтературними даними доменна структура ПС реалiзується i в CuCl2*2H2O.

А оскiльки при наявностi доменної структури намагнiчення зразка вiдбувається головним чином за рахунок змiщення доменних стiнок, то крива 2 iлюструє складову сприйнятливостi, обумовлену їх оборотним рухом. Такий рух вiдбувається у промiжку мiж рiзного роду дефектами та неоднорiдностями зразка, а також шляхом прогинання доменної стiнки у випадку її закрiплення на точкових дефектах, i вiдбувається завдяки модулюючому полю малої амплiтуди. Якщо ж величина зовнiшнього поля починає перевищувати значення енергiї зв'язку стiнки з дефектами, то вiдбувається стрибкоподiбне її перемiщення в нове положення (стрибок Баркгаузена).

Кутова залежнiсть оборотної сприйнятливостi може бути пояснена таким чином. Коли кут орiєнтацiї поля вздовж АФМ-вiсi близький до критичного кута iснування ПС у даній речовині, то ширина доменної стiнки є сумiрною з розмiром самого зразка. Тому така стiнка практично не взаємодiє з дефектами, переважна бiльшiсть яких має розмiри набагато меншi за її ширину. Зi зменшенням кута нахилу поля ширина стiнки зменшується, що призводить до збiльшення кiлькостi сумiрних дефектiв, якi з нею взаємодiють. При строгiй орiєнтацiї поля вздовж вiсi кристалу ширина стiнки мiнiмальна, i вона взаємодiє з максимальною кiлькiстю дефектiв, що i призводить до мiнiмального значення сприйнятливостi.

В той же час, крива 1, що знята iндукцiйною методикою, поряд з оборотною, включає в себе i необоротну складову сприйнятливостi, яка визначається рухом доменних стiнок шляхом стрибкiв Баркгаузена. Цю необоротну частину можна видiлити, якщо вiд кривоi 1 вiдняти криву 2. Згiдно з мал.1 максимальне її значення складає бiльше 50% вiд повної.

В дисертації приводяться також результати вимiрювань кутової залежностi величини поля орiєнтацiйного переходу при вiдхиленнi його в труднiй площинi. Вони дали можливiсть вперше експериментально визначити критичний кут існування ОФП в цiй площинi c = 51,9 град, що непогано спiвпадає з теоретичною оцiнкою. Експериментально визначене c дало можливiсть розрахувати важливе спiввiдношення констант анiзотропiї, виходячи з виразу для гамiльтонiана двоосьового АФМ.

Спiвставлення одержаних нами експериментальних результатів з відомими літературними даними свiдчить на користь того факту, що спiн-флоп перехiд в дигiдратi хлориду мiдi вiдбувається шляхом ФП I роду з реалiзацiєю проміжного стану, критичний кут iснування якого складає 7 - 10 мiн.

Таким чином, експериментальне роздiлення механiзмiв намагнiчування дозволяє використовувати даний факт у якостi iнструменту для визначення типу магнiтного розшарування пiд час ОФП. Що й пiдтверджується застосуванням комбінованої методики до інших відомих об`єктiв - фториду марганцю, де iснування ПС не викликало сумнiву, та пiвтораокису хрому, де воно не спостерiгалось.

На мал.2 приведено польовi залежностi повної магнiтної сприйнятливостi МnF2 (крива 1) та необоротної її частини (крива 2). Залежнiсть необоротної сприйнятливостi (крива 2) за характером процесiв, що вiдбуваються у зразку, може бути роздiлена на декiлька дiлянок, якi добре спiвпадають з етапами виникнення та перетворень доменної структури даної речовини, фото якої приведенi в роботi [6].

Мал.2. Польовi залежностi повної диференцiйної магнiтної сприйнятливостi МnF2 (крива 1) та необоротної її частини (крива 2).

У полі аж до Н1 зразок перебуває в однодоменному стані і його повна сприйнятливість плавно зростає за рахунок обертання АФМ-вектора. У інтервалі від Н1 до Н2 виникають зародки перекинутої фази, що, поступово розповсюджуючись, утворюють смужкову доменну структуру. У полях від Н2 до Н3 відбувається збільшення об`єму доменів спін-флоп фази за рахунок доменів початкової фази шляхом переміщення доменних стінок. Завершальний етап переходу від Н3 до Н4 відповідає поступовому зменшенню об`єму області магнітного розшарування та зростання області перекинутої фази.

Слід звернути увагу на чiтко вирiзненi точки перегинiв кривої 2. Їх значення по полю можуть бути розрахованi з високою точнiстю. Так, наприклад, додаткова похибка у визначеннi величини поля переходу в багатодоменний стан (точка Н1) не перевищує 0,06%.

В дисертацiї приведено також кутовi залежностi повної сприйнятливостi фториду марганцю та її складових: оборотної та необоротної. За залежнiстю необоротної сприйнятливостi визначено її максимальне значення, що склало близько 75% вiд повної, а також уточнено значення критичного кута iснування ПС c=30 мiн.

ОФП в Сr2О3 дослiджувався як iндукцiйною, так i комбінованою методиками. Завдяки першiй з них было вимiряно абсолютне значення магнiтної сприйнятливостi та мiнiмальна ширина переходу по полю Н.

Цi величини мають важливе значення для iдентифiкацiї стану речовини пiд час ОФП та визначення роду переходу. Вимiряне значення виявилось у 20 разiв менше, а ширина переходу у 20 разiв бiльшою, нiж передбачуванi теорiєю для реалiзацiї ПС. В той же час, вiдсутнiсть поперечних складових вектора намагнiченостi при строгiй орiєнтацiї поля вздовж АФМ-вiсi свiдчить про виникнення у зразковi магнiтонеоднорiдної структури.

Кутовi залежностi сприйнятливостi, вимiрянi комбiнованою методикою, свiдчать про переважаючу роль оборотних процесiв пiд час намагнiчення Сr2О3. Як iндукцiйна, так i модуляцiйна сприйнятливостi плавно зростають при спрямуваннi кута до 0. Незначна рiзниця мiж ними iснує у iнтервалi =+-30 мiн i при =0 вона не перевищує 8%.

Очевидно, зразок пiд час переходу розбивається на дiлянки (домени) з протилежним напрямком обертання вектора антиферомагнетизму. При цьому в сусiднiх доменах утворюються поперечнi складовi намагнiченостi протилежного напрямку. Межi таких доменiв будуть перпендикулярними до зовнiшнього поля. Пiд час змiни поля та обертання АФМ-вектора, вiдбувається компенсацiя поперечних складових намагнiченостi, що i призводить до вiдсутностi сигналу у поперечних вимiрювальних котушках.

Таким чином, основний внесок у намагнiчування даного зразка дає процес обертання вектора антиферомагнетизму. Це суттєво вiдрiзняється вiд випадку ФП I роду, коли основним механiзмом намагнiчення є змiщення доменних стiнок.

У четвертому роздiлi приведено результати дослiджень спiн-орiєнтацiйного переходу у SmFeO3 нижче гелiєвої температури. Було знято температурнi залежностi у iнтервалi вiд 4,2 К до 1,3 К трьох величин: диференцiйної магнiтної сприйнятливостi пiд час ОФП, величини поля переходу Нc та стрибка магнiтного моменту М. Визначено, що у вказаному iнтервалi зростає у 7 разiв, стрибок моменту М збiльшується майже удвiчi а величина поля переходу Нc зростає менш нiж на 9%.

З теорiї вiдомо, що у SmFeO3 при зниженнi температури нижче точки компенсацiї (8 К) можлива змiна роду фазового переходу з II на I.

Абсолютнi вимiрювання , проведенi нами, дали значення 0.07, що бiльш

нiж утричi менше за потрiбне для iдентифiкацiї ФП I роду. Можливо, що нами не була досягнута необхiдна для цього температура.

Для того, щоб узгодити факт подвiйного зростання стрибка моменту М з незначною змiною поля переходу Нc, нами зроблено припущення, що зi зниженням температури майже удвiчi зростає ефективна константа анiзотропiї. А оскiльки при такiй температурi залiзнi пiдгратки знаходяться у станi насичення, то одержаний результат можна пояснити квазiпарамагнiтною полярзацiєю рiдкiсноземельних iонiв, яка i може призвести до зростання стрибка моменту.

П'ятий роздiл присвячено дослiдженням слабкоферомагнiтного переходу (СФП) у протофазi ВТНП La2CuO4. Монокристалiчний зразок купрату лантану має шарувату структуру, яка складається з АФМ впорядкованих СuО-площин, кожна з яких має поперечний слабкоферомагнiтний момент. Моменти сусiднiх площин спрямованi антипаралельно i кристал АФМ впорядковується (ТN=260 К) у напрямку вiсi b кристалу, що перпендикулярна до цих площин. Якщо вздовж b спрямувати зовнiшнє магнiтне поле, то по досягненнi ним деякого критичного значення Нc магнiтнi моменти площин, що спрямованi антипаралельно до H, рiзко змiнюють свiй напрямок на протилежний i кристал набуває слaбкоферомагнiтного моменту вздовж поля. Одночасно вiдбувається значний стрибок провiдностi зразка (див.напр. [8]). Тiсний зв'язок електричних властивостей цiєї речовини з її магнiтними властивостями дозволив нам слiдкувати за поведiнкою системи спiнiв пiд час СФП шляхом вимiрювання електропровiдностi зразка у зовнiшньому полi.

Нами здійснено вимiрювання провiдності купрату лантану у iмпульсному магнiтному полi (Н>60 кЕ), спрямованому вздовж b, як двох- так i чотирьохзондовою методикою. Оскiльки результати виявились iдентичними, то бiльшiсть експериментiв проведено першою з них, щоб якомога докладнiше дослiдити окремi дiлянки зразка.

На мал.3 приведено польовi залежностi вiдносної провiдностi монокристалу La2CuO4 у зростаючому (крива 1) та спадаючому (крива 2) магнiтному полi при Т=20,4 К для двох рiзних дiлянок зразка.

Мал.3. Залежностi /0 купрату лантану вiд напруженостi зростаючого (1)

та спадаючого (2) магнiтного поля для двох рiзних дiлянок зразка.

Стрибок провiдностi пiд час СФП в цiлому за своїми параметрами вiдповiдає даним [8] та результатам iнших дослiдникiв. Але звертає увагу, що залежнiсть на мал.3(а) має значно бiльшу амплiтуду стрибка i меншу його ширину, нiж на 3(б). У першому випадку ми маємо справу з бiльш досконалою дiлянкою кристалу, що може характеризуватись більш рівномірним розподілом додаткового кисню. Картина СФП на цій ділянці є бiльш iнформативною - перехiд у зростаючому полi вiдбувається у два етапи, а у спадаючому - в один. Така поведінка провідності виявлена вперше.

Особливо чiтко видно це на мал.4(а), де представлено польову залежнiсть похiдної провiдностi d/dt при Т=4,2К. Звертає увагу наявнiсть магнiтного гiстерезису, що також вiдповiдає лiтературним даним.

Порiвняння картини переходу на залежностях d/dt(Н), знятих при 77 К, 20,4 К, 14 К та 4,2 К, показує, що при зниженнi температури спiввiдношення амплiтуд двох максимумiв змiнюється - перший пiк поступово збiльшується за рахунок другого. Магнiтний гiстерезис при цьому зростає з 1,6 до 13 кЕ.

При Т=4,2 К зразок було пiддано магнiтнiй обробцi полем близько 120 кЕ. У результатi двохступiнчастiсть переходу у зростаючому полi зникла (див. мал.4(б)). Подальшi варiацiї величини поля нi до яких змiн не призвели. Цей ефект магнiтної пам'ятi виявився досить тривалим: зразок перебував у такому станi бiльше двох дiб. Початкова двохступiнчастiсть переходу була вiдновлена лише шляхом пiдвищення температури вище 14К.

Мал.4. Залежностi похiдної провiдностi купрату лантану вiд магнiтного поля до (а) та пiсля (b) магнiтної обробки.

Експериментальнi факти двохступiнчастостi СФП у зростаючому магнiтному полi та ефект магнiтної пам'ятi не знаходять пояснень у рамках iснуючої моделi магнiтної структури La2CuO4 (див. напр.[9]). Одним з можливих шляхiв її вдосконалення могло б бути збiльшення удвiчi елементарної магнiтної комiрки даної речовини.

Поведiнка провiдностi зразка пiд час СФП нагадує криву намагнiченостi АФМ FеСО3 пiд час орiєнтацiйного переходу з антиферо- в парамагнiтний стан [7]. У обох цих речовинах намагнiчення у зростаючому полi вiдбувається двохступiнчасто, а у спадаючому - одним стрибком. Крiм того має мiсце аналогiя i у природi орiєнтацiйних переходiв: у обох випадках пiд час переходу у зростаючому полi з'являється пiдграткове виродження (спiн-флiп), а у спадаючому полi виродження знiмається.

У зв'язку з вiдзначеною подiбнiстю кривих, що вiдносяться до АФМ FеСО3 та La2CuO4, а також наявнiстю внутрiшньої аналогiї мiж цими магнiтними орієнтаційними переходами постає питання про виникнення у областi дослiджуваного переходу магнiтних структур, якi характернi для змiшаного стану надпровiдникiв II роду. Виникає також питання про зв'язок такої структури з надпровiдним станом купрату лантану, у який вiн переходить при змiнi концентрацiї кисню. Вiдповiдi на цi питання, якi б грунтувались на сукупностi наших експериментальних даних, є передчасними. Але необхiднiсть подальших дослiджень сумнiвiв не викликає.

У висновках сформульовано основнi результати експериментальних дослiджень даної дисертацiї:

1. Вперше виявлено явище зменшення диференцiйної магнiтної сприйнятливостi при малих кутах відхилення зовнішнього поля відносно АФМ-вісі у зразках дигiдрату хлориду мiдi в областi ОФП. Визначено, що цей перехiд у данiй речовинi, при спрямуваннi зовнiшнього поля у легкiй площинi, вiдбувається шляхом ФП I роду з реалiзацiєю проміжного стану. Визначено критичний кут iснування ПС у даному зразку - c=10 мiн. Вперше експериментально визначено критичний кут iснування ОФП при вiдхиленнi зовнiшнього поля у труднiй площинi. Його значення c = 51,9о

непогано спiвпадає з теоретичною оцiнкою.

2. Вперше експериментально вiдокремлено внески у намагнiчення АФМ двох механізмів, що обумовлені оборотним та необоротним змiщенням доменних стiнок. Визначено вiдносний вклад у намагнiчення процесiв необоротного змiщенням стiнок доменiв шляхом стрибкiв Баркгаузена. Він становить: у CuCl2*2H2O - близько 50%, у MnF2 - 75%. На прикладi польової залежностi необоротної сприйнятливостi MnF2 визначено етапи формування та еволюцiї структури ПС, що добре спiвпадають з вiдомими лiтературними даними. З високою точнiстю визначено положення особливих точок на фазовiй дiаграмi фториду марганцю.

3. Експериментальний факт розділення оборотного та необоротного механізмів намагнічення використано у якості методу вимірювань, що дозволяє визначати тип магнітного розшарування АФМ у процесі орієнтаційного переходу. Метод рекомендовано для використання на масивних зразках або речовинах, якi складно дослiджувати традицiйними методами (наприклад, оптичними).

4. Виявлено магнiтне розшарування пiд час ОФП зразка Cr2O3, яке не може бути iдентифiковане як ПС. Визначено, що спiнова пeреорiєнтацiя у данiй речовинi вiдбувається переважно за рахунок оборотних процесiв намагнiчення.

5. Виявлено зростання стрибка магнiтного моменту пiд час ОФП у самарiєвому ортоферитi зi зниженням температури нижче 4.2 К, яке може бути пояснено квазiпарамагнiтною поляризацiєю рiдкiсноземельних iонiв у полi залiзної пiдгратки. Визначено, що при цьому ефективна константа анiзотропiї зростає майже удвiчi.

6. Виявлено, що СФП у купратi лантану у зростаючому iмпульсному магнiтному полi вiдбувається у два етапи, а у спадаючому має мiсце один стрибок. При розмiщеннi зразка у полi, яке перевищує Hc бiльш нiж удвiчi (при Т=4,2 К), обидва стрибки вiдбуваються одноетапно. Початкова двохступiнчастiсть переходу вiдновлюється лише пiсля нагрiвання зразка вище 14 К. Виявленi експериментальнi факти можуть бути теоретично обгрунтованими лише при умовi уточнення iснуючої моделi магнiтної структури La2CuO4.

Cписок використаних джерел

1. Боровик-Романов А.С. Антиферромагнетизм // Итоги науки. - М.: Изд.АН СССР, 1962. - 216 с.

2. Туров Е.А. Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов. - М.: Наука, 1967. - 224 с.

3. Вонсовский С.В. Магнетизм. - М.: Наука, 1971. - 1032 с.

4. Фарзтдинов М.М. Физика магнитных доменов в антиферромагнетиках и ферритах. - М.: Наука, 1981. - 156 с.

5. Дудко К.Л., Еременко В.В., Фридман В.М. Скачки намагниченности и доменная структура фторида марганца при опрокидывании подрешеток // ЖЭТФ. - 1971. Т.61, N10. - С.1553-1563.

6. King A.R., Paquette D. Spin-Flop Domains in MnF2 // Phys.Rev. Lett. - 1973. V.30, N14. - С.662-666.

7. Дудко К.Л., Еременко В.В., Фридман В.М. Исследование перехода FеСО3 из антиферро- в парамагнитное состояние под действием сильного магнитного поля // ЖЭТФ. - 1975. Т.68, N2. - С.659-671.

8. Thio T., Thurston T.R., Preyer N.W., Picone P.J., Kastner M.A., Jenssen H.P., Gabbe D.R., Chen C.Y., Birgeneau R.J., and Aharony A. Antisymmetric exchange and influence on the magnetic structure and conductivity of La2CuO4 // Phys.Rev.B. - 1988. V38, N1. - Р.905-908.

9. Барьяхтар В.Г., Львов В.А., Локтев В.М., Яблонский Д.А. К теории спин-переориентационных фазовых переходов и спиновых волн в La2CuO4 // СФХТ. - 1989. Т.2, N8. - С.59-69.

Савицький В.М. Дослiдження магнiтних властивостей антиферомагнетикiв в областi орiєнтацiйного переходу. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата фiзико - математичних наук за спецiальнiстю 01.04.11 - магнетизм. - Фiзико-технiчний iнститут низьких температур iм. Б.I.Вєркiна НАН України, Харкiв, 2000.

Дисертацiю присвячено вивченню ряду АФМ у процесi ОФП пiд дiєю зовнiшнього магнiтного поля. На прикладi СuСl2*2Н2О та МnF2 вперше експериментально роздiлено складовi намагнiчення, обумовленi оборотним та необоротним змiщенням доменних стiнок. Запропоновано новий метод дослiджень, у якому використано властивiсть коерцитивностi стiнок доменiв. Виявлено тонку структуру СФП та явище магнiтної пам'ятi у Lа2СuО4. Результати можуть бути використанi у лабораторiях, що вивчають властивостi АФМ та вплив магнiтних властивостей ВТНП-матерiалiв на їх надпровiднiсть.

Ключовi слова: антиферомагнетик, магнiтне поле, вектор антиферомагнетизму, орiєнтацiйний фазовий перехiд, промiжний стан, магнiтна сприйнятливiсть, намагнiченiсть, провiднiсть.

Savitsky V.N. Investigation of a magnetic properties of the antiferromagnets in the orientation transition region. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree by speciality 01.04.11 - magnetism.- B.I.Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering National Academy of Science of Ukraine, Kharkiv, 2000.

Dissertation is devoted to investigation of behavior of a number of AFM in a process of spin reorientation under influence of a magnetic field. The sample magnetization component related to the irreversible displacement of interphase boundaries is separated experimentally on example CuCl2*2H2O and MnF2. A new method of the measurements is proposed. It is based on the coercive properties of domain boundaries. The fine structure of the spin-orientation transition and the magnetic memory phenomena in La2CuO4 has been established. The results may be used in a laboratories which study properties of AFM insulators and influence of the magnetic properties of HTSC on their superconductivity.

Key words: antiferromagnet, magnetic field, AFM-vector, orientation

phase transition, intermediate state, magnetic susceptibility, conductivity, magnetization.

Савицкий В.Н. Исследование магнитных свойств антиферромагнетиков в области ориентационного перехода. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук по специальности 01.04.11 - магнетизм. - Физико-технический институт низких температур им. Б.И.Веркина НАН Украины,

Харьков, 2000.

Диссертация посвящена изучению поведения ряда АФМ веществ в процессе спиновой переориентации, происходящей в образце под действием внешнего магнитного поля. В диссертации на примере СuСl2*2Н2О и МnF2 впервые экспериментально разделены составляющие магнитной восприимчивости, обусловленные обратимым и необратимым смещением доменных стенок в образцах, находящихся в промежуточном состоянии, и определен их относительный вклад в намагничивание данных АФМ. Определено, что поведение дигидрата хлорида меди в процессе ОФП может быть идентифицировано как ФП I рода. Предложен новый метод магнитных измерений, базирующийся на использовании свойства коэрцитивности доменных стенок. Обнаружено магнитное расслоение в образце полутораокиси хрома, отличное от ПС. Определено, что намагничивание данного вещества происходит, в основном, за счет процессов вращения АФМ-вектора. Обнаружено влияние редкоземельной подсистемы на ориентационный переход в самариевом ортоферрите при снижении температуры ниже 4,2 К. Обнаружено тонкую структуру слабоферромагнитного перехода и явление магнитной памяти в монокристаллическом Lа2СuО4. Данные экспериментальные факты могут быть теоретически интерпретированы лишь при условии уточнения традиционной модели магнитной структуры данного вещества. Высказано предположение, что поведение купрата лантана в процессе СФП может соответствовать наличию в нем магнитной структуры смешанного состояния. Основные результаты диссертации могут быть использованы в магнитных лабораториях, которые изучают свойства АФМ диэлектриков и влияние магнитных свойств ВТСП-материалов на их сверхпроводимость.

Ключевые слова: антиферромагнетик, магнитное поле, АФМ-вектор, ориентационный фазовый переход, магнитная восприимчивость, промежуточное состояние, намагниченность, проводимость.