Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Антифервомагнитшш упорядочение 3d - ионов в октаэдеических и доджаэдрических позициях структуры граната 9
I. I. Кристаллическая структура граната 9
1.2. Конфигурации октаэдрических 13
1.3. Обменные; взаимодействия 3d-ионов в октаэдрах 18
1.4. Обменные связи; додекаэдрических 3d-ионов и магнитная структура. HngAipSegG-^ 23
1.5. Магнитное упорядочение гранатов, содержащих одновременно позициях ,28
ГЛАВА. 2. Образцы и методика эксперимента 34
2.1. Приготовление и рентгеноструктурный анализ образцов 34
2.2. Установка для измерения магнитной восприимчивости, методом криогенного генератора
2.2.1. Блок-схема и конструкция криогенной части 42
2.2.2. Генератор 45
2.2.3. Термометрия и стабилизация температуры 47
2.2.4. Автоматизация процесса измерений 48
2.2.5. Калибровка.установки.. 49
2.3. Измерения намагниченности и теплоемкости 51
2.3.1. Вибрационный магнитометр СВМ) 51
2.3.2. Калориметрические измерения 52
ГЛАВА 3. Влияние внешнего магнитного поля и диамагнитного разбавления на спиновые конфигурации акеиферромагнитных 55
3.1. Индуцированные, полем спиновые; структуры в слабоаниз о тройном кубическом. АФ 55
3.2.Экспериментальное наблюдение, спинт-флоп перехода в антиферромагнитных гранатах с 3d -ионами 59
3.3. Концентрационное разрушение дальнего; антиферромагнитного порядка 3d -ионов в структуре граната ..63
3.4. Фазовая Е-Т - диаграмма граната с двумя температурами. Еееля (MngCr^Se^Qjo) 76
3,-3.5. Модель, флуктуационна взаимодействующих подрешеток. Малая концентрация октаэдрических ионов Cr5*" , 84
Фрустрированные состояния в твердых растворах антиферромагнитных гранатов 92
4.1. Исследование; особенностей магнитного упорядочения граната 92
4.2. Магнитное упорядочение в гранатах, содержащих два. сорта октаэдрических 3d -ионов
4.3. Ферримагнетизм в системе твердых растворов MnCrG- - MnEeG
Заключение 118
Литература
- Обменные; взаимодействия 3d-ионов в октаэдрах
- Установка для измерения магнитной восприимчивости, методом криогенного генератора
- Концентрационное разрушение дальнего; антиферромагнитного порядка 3d -ионов в структуре граната
- Магнитное упорядочение в гранатах, содержащих два. сорта октаэдрических 3d -ионов
Введение к работе
Соединения со структурой граната играют важную роль в современной науке и технике. Разнообразие магнитных, оптических, радиочастотных и других физических свойств создает уникальные возможности для разработки- на их основе., различных устройств микроэлектроники, СВЧ-техники, прикладной магнитооптики и других перспективных направлений современной техники. Вместе с тем, кристаллические особенности структуры граната сделали эти;соединения по существу классическими объектами для исследований, ряда фундаментальных проблем, физики магнитодиэлектриков: магнитных фазовых переходов, механизма косвенных обменных взаимодействий, спектра элементарных возбуждений и др.
В последние годы в связи с интенсивным развитием поисковых исследований по новым магнитным материалам большое внимание уделяется изучению магнетизма систем со слабыми или конкурирующими обменными взаимодействиями, в частности, спиновых стекол (СПС). Согласна современным представлениям, в магнитодиэлектриках микроскопическая природа состояния СПС связана с возникновением фрустраций., то есть спинов, ориентация которых не соответствует их энергии связи. Поскольку фрустрации наиболее легко возникают в системах с только антиферромагнитными СМ) взаимодействиями [П, представляло интерес выяснить возможность существования фрустри-рованных состояний в соединениях со структурой граната. В этом плане наиболее подходящими объектами! исследования являются твердые растворы антиферромагнитных гранатов (АФІ), в которых реализуются пространственные: флуктуации различных параметров, определяющих характер спиновых конфигураций.
Как известно, магнитные катионы в структуре граната могут занимать три типа кристаллографических позиций (мест): додекаэд-рические (с), октаэдрические (а) и тетраэдрические С d ). Соотношение величин-косвенных обменных взаимодействий ионов, занимающих одинаковые, и различные места, определяет конкретный тип магнитной структуры граната. При этом удается реализовать составы (в частности, на основе гранатов с 3d -ионами), в которых обменные) взаимодействия ионов, занимающих, одинаковые; и (или) различные, позиции, носят конкурирующий характер.
Актуальность и важность исследований таких гранатов опреда-ляется, прежде всего, тем, что они направлены на поиск и изучег-ние качественно новых спиновых конфигураций в одном из наиболее перспективных в практическом отношении классов магнитоупорядочен-ных веществ. Кроме того, они позволяют получить информацию о слабых обменных взаимодействиях магнитных ионов, которые, играют существенную роль в формировании магнитных характеристик широко применяющихся на практике, ферритов-гранатов сложных составов.
Цель настоящей диссертационной работы состояла в детальном изучении характера магнитного упорядочения твердых растворов гра-натов с конкурирующими: обменными взаимодействиями ионов Мл , Ре и О ", занимающих одинаковые (октаэдрическиею или различ-ны&; Сокта- и додекаэдрические) кристаллографические позиции в структуре граната.
Для достижения поставленной цели в работе решались следую-щиео задачи:
- синтез однофазных поликристаллических образцов твердых растворов ШТ с 3d -ионами;
- рентпеноструктурные; исследования приготовленных образцов ;
- разработка и изготовление установки для измерения полевых и температурных зависимостей магнитной восприимчивости: АФГ в области гелиевых температур в предельно слабом внешнем магнитном: поле ;
- исследование температурных зависимостей намагниченности твердых растворов АФГ;
- калориметрические: исследования ряда составов изучаемых гранатов ;
- изучение фазовой Н-Т - диаграммы граната MngCr GegO ;
- исследование процесса концентрационного разрушения дальнего: АФ порядка 3d -ионов в структуре граната.
Основной результат настоящей диссертации состоит в том, что в ней. впервые; проведено систематическое исследование характера магнитного упорядочения в твердых растворах АФГ с 3d -ионами. Конкретно, научную новизну выполненной работы определяют следующие результаты, которые выносятся на защиту:
- установленные закономерности разрушения дальнего АФ порядка, при диамагнитном замещении 3 d -ионов в октаэдрических и додекаэд-рических позициях структуры граната;
- полученные впервые; данные, характеризующие магнитную фазовую диаграмму граната с независимым упорядочением 3d -ионов в додекаэдрической и октаэдрической позициях - ®Пзс!г2ЄеЗ%2 - результаты экспериментального исследования в соединениях со структурой граната фрустрированных магнитных состояний типа концентрированного спинового стекла;
- вывод об определяющей роли характера "исходных" АФ структур, в формировании спиновых конфигураций твердых растворов АФГ;
- экспериментальное обнаружение, и исследование сперимагнитногет упорядочения в системе твердых растворов MnFeG - MnCrG ;
- разработка и создание автоматизированной установки для измерения магнитной восприимчивости магнитодиэлектриков методом криогенного генератора.
Полученные в диссертации результаты свидетельствуют о важной роли слабых обменных взаимодействий в структуре граната и позволяют понять их влияние на формирование основных магнитных характеристик разбавленных составов ферримагнитных гранатов, широко применяющихся на практике.
Экспериментальные данные по изучению разнообразных спиновых структур, реализующихся в твердых растворах АФГ, могут быть использованы Си уже используются) при разработке теоретических моделей, описывающих магнитные фазовые переходы в разбавленных системах.
Результаты представленных в диссертации исследований калориметрических и магнитных свойств твердых растворов АФГ с 3 d -ионами стимулировали постановку в ШШ им. Б.П.Константинова АН СССР нейтронографических исследований магнитных структур этих соединений и были использованы при машинном моделировании магнитных свойств некоторых гранатовых систем. Ряд экспериментальных результатов диссертации использовался также в ИФП АН СССР, Институте Кристаллографии и других организациях.
Определенную практическую ценность представляет реализованная в работе методика измерения магнитной восприимчивости магнитодиэлектриков при низких температурах. Она может быть использована при изучении аморфных магнетиков, спиновых стекол и других веществ, когда возникает необходимость иметь информацию о магнитном отклике образца на предельно слабое магнитное поле.
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинаре по физике магнитных материалов под руководством проф. К.П.Белова на физическом факультете МП", общемосковском семинаре по магнетизму в ИФП АН СССР, на научной конференции МГУ "Ломоносовские чтения С1984 г.), на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений - Пермь CI98I г.), Тула (1983 г.), а также на Международном симпозиуме по магнетизму гранатов, шпинелей и родственных им соединений. - г.Попрад, ЧССР CI98I г.). По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Первая глава содержит необходимые для дальнейшего изложения общие сведения о кристаллической структуре граната, а также данные о магнитных характеристиках И; спиновых, конфигурациях АФГ с 3d-ионами. Во второй главе описаны условия приготовления образцов, приведены их составы и параметры решетки, изложены основные вопросы методики и техники эксперимента. Третья глава посвящена экспериментальному изучению влияния магнитного поля и диамагнитного разбавления на спиновые, конфигурации АФГ и их твердые растворы. В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, связанных с обнаружением и изучением фрустрированных состояний в твердых растворах АФГ. В Заключении подведены общие итоги работы и сформулированы ев основные результаты.
Обменные; взаимодействия 3d-ионов в октаэдрах
Обменные связи между магнитными ионами в октаэдрических местах структуры граната по данным [19] схематически: показаны на рис.5. Центральный ион с координатами (1/4 1/4 1/4) связан в первой координационной сфере с двумя ионами, лежащими на оси 3-го порядка, тремя одинаковыми парами: ионов кислорода, образующими: общие ребра трех соседних кубов (рис.5в). Будем характеризовать эту связь обменным интегралом Jj. С шестью атомами, расположенными в плоскости, перпендикулярной тройной оси, цен-тральный ион связан двумя одинаковыми парами. 0. , образующими: свободные ребра тетраэдров, и одной парой, образующей свободное ребро куба (рис.5а,б). Совокупность этих связей будем характеризовать обменным интегралом Jj. Отметим, что все: 8 магнитных ионов удалены от центрального на одинаковые расстояния, равные 1/4 пространственной диагонали, элементарной ячейки. Таким образом, величина обменного интеграла, которая в дальнейшем используется намихдля характеристики взаимодействия ближайших соседей в а -подрешетке, представляет собой Jj = 1/8(2 Jj + 6 Jj).
Связи:центрального иона с шестью ионами во второй координационной сфере, удаленными на &0/2, осуществляются либо парами кислорода, образующими общее ребро тетраэдра и куба (рис. 5 г), либо через те же ионы кислорода и находящийся между ними тетраэдрический катион (связи: MA.DAM). Соответствующий интеграл обменного взаимодействия будем обозначать .
Ограничиваясь рассмотрением ближайших и следующих за ближайшими соседей центрального магнитного иона, Ш структуры, наблюдающиеся в CrGeG, MnVG, JJtVG, CoVS и еЄеЄ (рис.2 и 3), можно представить схематически, в виде 4-х ОЦТС подрешеток, таких, что внутри каждой ионы не взаимодействуют. Этот стандартный приг-ем метода молекулярного поля (ММЩ 20] позволяет выразить эффективные поля, действующие, на ион в 1-й подрешетке, через коэффициенты молекулярного поля jj : где і = 1,2,3,4 ; Ej - магнитный момент j -й АФ подрешетки, Н- внешнее, магнитное, поле.; ц - коэффициент молекулярного поля, действующего на ион і -й подрешетки и обусловленного его соседями:из ) -й подрешетки, причем, Здесь Zij число j -х соседей какого-либо I -го иона, Зц -интеграл обменного взаимодействия і -го иона и какого-либо соседнего иона из подрешетин j .
Для магнитной структуры Cre&, MnVG, illVG и CoVG (АФ упорядочение 1-го рода по Смарту, рис.2), МЖ дает 120]: Здесь С и L - константы в законе. КюринВейсса jC =. С СТ - -J Для спиновой конфигурации: в Pe&eG (АФ упорядочение. 11-го рода, (рис.3)): Используя экспериментальные значения 1 , вр и Gm , в работах [21 - 28] с помощью соотношений (4) - (ф) былш определены величины Jj и 32, которые приведены в таблице. 3 (здесь и в дальнейшем используются величины J/к В К). Там: жа даны экспериментальные, значения T/v , 6р и полей захлопывания АФГ при 4,2 К (2%).
Приведенные значения 3j и 32 свидетельствуют о существенной роли, в обменном взаимодействии октаэдрических 3 d-ионов шести ионов из второй координационной сферы, что является, очевидно, характерной особенностью АФГ. Дяя сравнения укажем, например, что в кубическом АФ TEMnPg (структура, перовскита) отношение J2/ Jj составляет всего 0,07 [29].
В случае CoVS WM дает, очевидно, несколько завшенные величины Jj и 32 из-за большого орбитального вклада в результирующий магнитный момент иона. Учет этого обстоятельства в [26] через g -фактор является довольно грубым приближением [20], поэтому приведенные выше значения Jj и J2 COV G носят характер оценок.
Отметим, наконец, особенности АФ упорядочения октаэдрических ионов Ре . В JfeGeG реализуется довольно редко встречающаяся в магнитных кристаллах АФ структура из двух несвязанных (в приближении: ММП) АФ кубических подрешеток. Согласно МШ для этой структуры должно выполняться 2 Jj 3 J2 [20], что на соответствует данным, приведенным в табл.3. На наш взгляд, причина своеобразного упорядочения PeGeG связана со сложным механизмом примерно равноценных обменных связей, которые реализуются с участием одного, двух и даже трех промежуточных звеньев (два иона кислорода и диамагнитный катион). Адекватное описание свойств SeGeG, очевидно., возможно в рамках модели флуктуационно взаимодействующих подреше-ток, предложенной тендером [3Q]. Согласно этой модели, атомы одной подрешетки могут взаимодействовать друт с другом.не только "прямым" образом (разумеется, через ионы кислорода), но и "косвенно", поляризуя вторую подрешетку, то есть взаимодействие под-решеток возникает при учете флуктуации намагниченности Однако применение этой модели для получения количественных данных с использованием конкретной структуры граната сопряжено со значительными трудностями вычислительного: характера 130}.
Установка для измерения магнитной восприимчивости, методом криогенного генератора
Впервые экспериментальные данные, характеризующие: о.- с -обменное взаимодействие в структуре, граната, были получены Бозор-том и Геллером [41]. Исследуя магнитную восприимчивость граната (Мпд+)[Эгв2 ] ез 12 они Установили» что ниже IQ К. это соединение обнаруживает Ш свойства, хотя, согласно модели Нееля, здесь должен наблюдаться ферримагнетизм со спонтанным магнитным моментом Mg = SM j - 2Ма= 5j4-g. Практически одновременна с этим Джил-лео и:Ееллер. [42,43] при.изучении магнитных свойств твердых растворов {&(із\ІМп2ІС6а6е2)0 2 и {Mned tM l(663)) обнаружили, что в интервале температур (1,5 І-4,2)К. эти соединения имеют нелинейную зависимость. 1(1). Аналогичное поведение наблюдалось в работе t44] и для граната {Ш [0г (ffefcpO. CMnCipG).
Характер изменения Е(1) дал основание авторам [42-44] отнести, исследованные- гранаты к ферримагнетика, хотя величина.намагниченности насыщения оказалась существенно ниже теоретического значения, которое, следует из модели Нееля. Причина такого поведения магнитных свойств гранатов, содержащих магнитные ионы одновременно в с- и а -позициях, в работах [42-44] осталась невыясненной.
Важный шаг в понимании особенностей магнитного упорядочения: указанных гранатов был сделан в работах [40,451, где на основании нейтронографических и калориметрических исследований было установлено, что додекаэдрическая и октаэдрическая "подрешетки"ж MnCrG упорядочиваются независимо при температурах, соответственно, 3,0 и 5,1 К. Это иллюстрирует рис.8, на котором приведены температурные зависимости; теплоемкости [451 и интенсивностей нейтрон-дифракционных пиков 1401 MnCirG в области температур жидкого гелия. Обе серии измерений были выполнены на одном и том же образце MnCrG, поэтому некоторое различие T/v для с-ионов, определенных калориметрически и нейтронографическим методами, скорее всего связано с различной техникой термометрии в нейтронных и калориметрических экспериментах.
Принципиально важный результат нейтронографических исследований MnCirG состоит в том, что магнитные структуры с- и: (Х- ионов ниже соответствующих Tw оказались такими же, как и в "одно-подрешеточных" МГ МпШг и CirGeG (рис.Є и 2). Это позволило, в частности, проанализировать методом Берто возможные спиновы кон-фигурации МпСгб [461 и;дать объяснения наблюдающейся в MnCrG нелинейной зависимости МСЩ [45].
Согласно [451, физическая причина независимого упорядочения "подрешеток" в ИпСгб связана с особенностями спиновых конфигураций в октаэдрах и додекаэдрах и геометрией обменных связей а -и с-ионов в структуре граната. Из рис.9, на котором;изображены
"Подрешеткой" здесь и далее называется совокупность магнитных ионов, занимающих одинаковые кристаллографические позиции в структура граната.
В связи.между магнитными ионами в а- и с-местах, видно, что ближайшее окружение иона в а. -позициях включает 6 ионов из с-пози-ций. Эти соседи связаны с центральным ионом двойными связями из одного кислородного аниона каждая, причем угол МАМ близок к 90 (рис.9а,б). Во второй и третьей координационных сферах находится по 6. соседей, из с-мест, связь с которыми осуществляется тетраэд ртаескими комплексами (рис.9в,г), геометрия этих связей примеров но одинакова. Таким образом, каждый спин. Мл из е-"подрешетки" взаимодействует: с равным числом противоположно направленных спиг-нов Gh из а-"подрешетки". В результате эффективное поле Нса , действующее на произвольно выбранный с-ионі со стороны а -"подрешетки", равна, нулю. В приближении ММП с учетом взаимодействия только ближайших соседей это соответствует 145"!: йса= ІсаСЙаі + Иа2) =0, (9) где; Еа- и.: М&2 - противоположна направленные, спины подрешеток Cir , Vccr параметр обменного взаимодействия вида (5). Соотношение:, аналогичное (9), можно записать и: для
Таким образом, MnCrG является 3? с двумя истинными температурами: Нееля. Особенность спиновой структуры, реализующейся в этом гранате, состоит в том, что ек энергия не; зависит от J а с даже-при. учета взаимодействий во всех координационных сферах.
В гранате btagPe GegOj (Шй?е&) характер магнитного упорядочения существенно отличается от описанной выше ситуации в МпО&. Согласно, калориметрическим [46] И: нейтронографическим [40] исследованиям, а - и с-ионы в Мпе& упорядочиваются одновременно, однако однозначной расшифровки спиновой структуры этого граната
Концентрационное разрушение дальнего; антиферромагнитного порядка 3d -ионов в структуре граната
Согласно [63), свойства JsliVS в кристаллическом поле три-гональной симметрии описываются гамильтонианом где первый член характеризует расщепление уровней во внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси Ъ (ниже Тд/ это может быть эффективное поле обменных сил), второй - расщепление основного состояния в кристаллических полях низкой симглетрии с параметром Ф . Из оптических исследований монокристалла )JiVG в работе [241получено:, что параметр Ф = 6,79 см"1. Подставляя это: значение в формулу (17), находим для S= I и Q = 2 Kj = I3,Q-I0"3 см"1. Эта величина значительно превышаат найденную наїж. Kj и, очевидно, указывает на неприменимость соотношения (17) для liV6 ввиду того, что здесь Ъ Q-ЯБ % Что касается граната MnAtG, ТО В ЭТОМ образце как видно, из рис.16., не наблюдается каких-либо аномалий на зависимости: Х (Н), то есть явление опрокидывания подрешеток в треугольной Ш структура отсутствует. Однако теоретический анализ, спиновых конфигураций для таких структур отсутствует и с этой точки зрения представляет интерес дальнейшее., изучение поведения МпАШ во внешнем магнитном поле.
Интерес к экспериментальному и теоретическому исследованию концентрационного разрушения дальнего магнитного порядка в кри-сталиических веществах обусловлен, по крайней мере, двумя причинами. Во-первых, в связи с постановкой перколяционных задач для систем различной размерности и топологии обменных связей; во-вторых, в планеь изучения особенностей магнитных фазовых диаграмм Т/у/ - х в районе; так называемой критической концентрации магнитных ионов хс, ниже которой дальний магнитный порядок отсутствует даже при. Т = О К.
Известно, довольно много экспериментальных работ,, в которых изучались разбавленные. АФ с решетками различной размерности вблизи хс. Укажем, лишь некоторые; из них: Мп [64], KMn .jC Z.vv) 164,651, xZWj_x3P \.65-6,7], шпинели CoxZviI_xF\K2a4 168,69].
В нашей работе исследования указанного плана проводились, на магниторазбавленных eSeG (Саё6а), MnGeS (СаМпваб) и MnAtS CMnCaAfG). Состав и параметры решетки исследованных образцов замещенных АФГ приведены в табл.4. Выбор объектов исследования здесь, определяли следующие, соображения: I) исходные АФГ имеют., различные магнитные структуры и сравнительно высокиа. Т// ; 2) гранаты с окта- и додекаэдрическиьж магнитными ионами характеризуются различным числом ближайших соседей - "Zj = 8 и; "Z? = 4, соответственно ; 3) в гранатах с октаэдрическнми. ионами Её3+ и Мп3+ параметр решетки aQ уменьшается по мере уменьшения концентрации магнитных ионов, а в MnCaAfcG - растет. Сем. табл. 4).
Выполненные в нашей работе измерения магнитной восприимчивости С/ ) диамагнитно разбавленных АФГ показали, что зависимости y LT) образцов с дальним магнитным порядком имеют максимумы при; Т = Т , характер которых, в частности, ширина несколько изменяется по мере изменения содержания магнитной компоненты х. На рис.17 в качестве примера приведены зависимости Х (Т) в области низких температур для МпСаШт, иллюстрирующие линейное понижение Тц с уменьшением X.
Отметим, что при Т 2Тд/ У С!) исследованных замещенных АФГ следует закону Кюрит-Вейсса с отрицательными-9. Зависимости в(х) даны на рис.18. Видно, что изменение G(x) в CaeGaG и MnCaAtG существенно нелинейно и, на наш взгляд, свидетельствует о зависимости в этих гранатах параметров обменного взаимодействия от х. Это, пожалуй., не. является неожиданным, поскольку отношение 6/1W в PeGeG и МпАШ указывает на существенную роль в установлении! дальнего магнитного порядка взаимодействия соседей, следующих за.ближайшими.
Как известно, модель молекулярного поля предсказывает для двухподрешеточного АФ с взаимодействием; только ближайших соседей Q/T// = I. В CafeGaG для образцов с х 1,5 отношение. 6/Тл/ 4, для MnCaAG - 0/T 2, в CaMnGaG - 6/ 1, что указывает на существенное различие структуры обменных связей в этих гранатах. Ери случайном разбавлении относительная величина замещения магнитных ионов в удаленных координационных сферах оказывается большей, чем среди.ближайших соседей. Поэтому, очевидно, в разбавленных магнитных системах, где взаимодействие следующих за бли-жайшимИі соседями сравнимо по величине с взаимодействием ближайших соседей, зависимость. Q(x) становится нелинейной
Магнитное упорядочение в гранатах, содержащих два. сорта октаэдрических 3d -ионов
С целью изучения влияния "исходных" АФ структур на.формирование спиновых конфигураций в твердых растворах. АФГ мы исследовали, ел едущие, гранатовые системы, содержащиа два сорта 3d-ионов в октаэдрических позициях (см. табл.4): I. c PexCr2_xee3Qj2 й х 2 2. J\fuCa2 Me,V3QI2, где Me = Со?+ или Мп2+. В образцах I (CaEeOG) крайние составы (х = О и 2,Q) имеют АФ структуры разной периодичности..; в образцах 2 LrtiCoVG и J\ltMnVG) "исходные." АФ структуры являются одинаковыми С рис. 2).
Измерения магнитной восприимчивости. CaeCY G показали, что в интервале температур 15 - IQO К зависимость / (Т) следует, закону Кюри-Вейсса с отрицательной константой 6., которая линейно возрастает (по модулю) от, 21,5 для х = Q (O&eG) да 52 К в гранате с х = 2,0 (е&ее). В области температур жидкого гелия криг-выа Лт) Ca&CrG- обнаруживают, максимумы при. Т = TQ, зависящей ояг концентрации. При: этом, для интервала Q.,75 х6 1,25 значения I отличаются незначительна и составляют- (4 - I) К. Кроме того, в смешанных составах CaeOG при. Т Т зависимости; рС СТ) обнаруживают изломы, которые наиболее отчатливо проявляются в составах, близких к х = 1,0. Это.; иллюстрирует, рис.33, на котором в качества примера приведены зависимости, "(Т) в области гелиевых температур для гранатов с х = 1,0. и. 1,25. Изотермы намагниченности ниже Т0 для всех исследованных составов CaPeCrS, практически линейны вплоть до полей 60, кЭ.
Следует отметить, что измерения теплоемкости трех образцов СаеС 9- Сх = 0,5-, 1,0. и 1,5), выполненные, в [47], показали, существование в гранате с х = 1,0 на кривой С(Т) размытого максимума в районе температуры 6 К.
Совокупность результатов магнитных и калориметрических измерений дала нам основание предполагать существование в твердых растворах dPe&eG - Обеб упорядочения типа спинового стекла или кластерного типа. Однако для выяснения характера магнитной структуры, реализующейся в этих гранатах, необходимы прямые данные. по спиновым структурам. С этой целью на тех же образцах гранатов, на которых измерялась магнитная восприимчивость, были выполнены исследования эффекта Мессбауэраж и нейтрон-дифракционные исследования39 . Рассмотрим основные, результаты этих экспериментов .
Сущность применения ЯГЕ - спектроскопии для исследования неупорядоченных магнетиков типа спиновых стекол состоит в том, что, когда спин, имеющий малое, собственное время релаксации (порядка периода ядерной ларморовской прецессии) сохраняет среднюю по времени намагниченность SZ T около некоторого произвольного направления Z дольше, чем время мессбауэровского перехода Г о 10 с, это приводит к расщеплению сверхтонкого поля ядерных уровней, которое пропорционально г. ЗЕ) Мессбауэровские.; спектры были измерены в ЙХФ АЕ СССЕ. ЕЕ) Нейтронографические исследования проводились в ЛИЯФ им. Б.Ж.Константинова.Ж СССР.
В реальных спиновых стеклах чаще, всего приходится иметь дело с кластерами коррелированных спинов, которыа характеризуются определенным набором коллективных времен релаксации [80]. Поэтому спектры ЯП? таких спиновых стекол даже при температурах, существенно,превышающих температуру "замерзания", представляют собой широкую нерасщепленную линию.
На рис.34 приведены мессбауэровские, спектры СаРеСгб. Видно, что в образцах с х = 0,5 ; 1,0, и 1,5 ниже соответственно 9 К, 8 К и. II К возникает магнитный порядок, о чем свидетельствуют уширенные, магнитные свархтонкие. линии с центральным пиком. Лишь для образца с х =1,5 спектр при 4,2 К разрешается. Для х = 1,0 и 0,5 разрешение-удается получить, пршшадывая внешнее; магнитно а поле 3 кЭ.
Анализ этих результатов на основе релаксационной модели мессбауэровшшх спектров показывает 1831, что в исследованных гранатах существует два типа кластеров с различными частотами, релаксации 9 . В частности, для состава с х = 1,0 \ j- = 8 МГц, V2 = 62 МГц, в образца с х = 1,5 - V-j- = 0,4 МГц, \ 2 = 4 МГц. Оба типа, кластеров характеризуются близкими значениями сверхтонких полей, а относительныа интенсивности от "медленно" и "быстро" релаксирующих кластеров в каждом образце постоянны во всем исследованном интервале температур (4,2 - 100) К.
На нейтронограммах CaSeCrG при. 2,3 К наблюдается сильное диффузноа рассеяниа, характерное для магнитных систем типа СПС. Оно достигает максимума в образце с х = 1,0. На фоне диффузного рассеяния видны две серии брэгговских пиков, одна из которых обусловлена магнитной структурой e6eG, а вторая - GvGeG.
