Введение к работе
Актуальность проблемы. Редкоземельные (РЗ) окисные соединения образуют один из перспективных в практическом отношении класс магнитных материалов. РЗ оксиды характеризуются большим разнообразием магнитных, магнитоупругих (МУ), магнитооптических, резонансных, оптических и других физических свойств, что обуславливает их широкое использование в качестве рабочих материалов в лазерной и вычислительной технике, прикладной магнитооптике, в различных устройствах микроэлектроники, магнитоакустики и т.д. Успехи, достигнутые в последние годы в построении научных основ магнитного материаловедения, необходимого для целенаправленного создания новых магнитных материалов, в значительной степени связаны с исследованием физических свойств окисных РЗ соединений.
Проблема ян-теллеровских (ЯТ) систем, имеющих особенности типа вырождения или квазивырождения в энергетическом спектре электронов, представляет особый интерес в физике твердого тела вообще и в физике магнитных явлений в частности. Отличительной особенностью этих систем является сильная связь электронной подсистемы с решеткой, т. е. сильное электрон-фононное взаимодействие. Это приводит к тому, что для ЯТ магнетиков существует возможность эффективного управления физическими свойствами с помощью внешнего магнитного поля, температуры и разнообразных замещений в РЗ подсистеме, что особенно важно для решения проблемы создания магнитных материалов с заданными свойствами.
Существуют три изоморфные серии РЗ оксидов со структурой циркона (фосфаты, ванадаты, арсенаты), для которых спектры РЗ ионов заметно отличаются, что позволяет изучать влияние как индивидуальных свойств РЗ иона, так и свойств решетки на исследуемые эффекты и установить некоторые общие закономерности изменения по РЗ ряду и между изоморфными структурами. Благодаря кристаллографическим
2 особенностям структуры (высокая локальная симметрия, отсутствие неэквивалентных позиций для РЗ ионов, возможность изоморфного замещения как в РЗ, так и в анионной подсистеме) цирконы стали классическими объектами для теоретических и экспериментальных исследований в области кристаллического поля (КП), РЗ магнетизма, МУ и квадрупольных взаимодействий, эффекта ЯТ и др.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являлось теоретическое исследование МУ свойств серии РЗ окисных соединений со структурой циркона в рамках единого подхода, установление общих закономерностей влияния ионов с различной электронной конфигурацией на МУ и квадрупольные взаимодействия и характер структурных фазовых переходов.
Задачами настоящей работы являлись:
изучение МУ аномалий теплового расширения РЗ соединений со структурой циркона;
исследование МУ аномалий упругих констант РЗ ванадатов;
исследование МУ свойств иттербиевых соединений YbX04 (Х=Р, V);
получение наиболее полной информации обо всех МУ взаимодействиях и последующее сравнение параметров взаимодействия по РЗ ряду изоморфных соединений с применением для описания различных МУ эффектов в РЗ оксидах формализма КП и обобщенных восприимчивостей.
Научная новизна и защищаемые результаты. Основными результатами и положениями, которые составляют предмет защиты, являются:
-теоретическое описание МУ аномалий теплового расширения РЗ оксидов со структурой циркона и анализ их изменения по РЗ ряду;
-значения полносимметричных одноионных МУ констант В"' и В"2 для серии РЗ ванадатов (RV04, R=Pr, Nd, Tb-Yb) и фосфатов (RP04, R=Tb, Tm) и их сравнительный анализ для двух серий;
-теоретическое описание в формализме восприимчивостей МУ вклада в упругие константы для РЗ ванадатов и анализ его изменения по РЗ ряду;
-теоретическое описание ЛЕ-эффекта для TmV04;
-полный набор параметров одноионного МУ и парного квадрупольного взаимодействий низкосимметричных у, 6 и є мод для РЗ ванадатов RV04 (R=Tb, Dy, Но, Tm);
-применение к описанию МУ эффектов в РЗ оксидах формализма восприимчивостей;
-обобщение теории возмущений для расчета магнитострикции парамагнетиков;
-полученные на основе спектроскопической информации и экспериментальных магнитных данных наборы параметров КП для иттербиевых цирконов YbP04 и YbV04;
-теоретическое исследование МУ эффектов соединений YbP04 и YbV04 и полученный в результате полный набор констант одноионного МУ и парного квадрупольного взаимодействий для всех МУ мод.
Научно-практическое значение полученных результатов. Установленные в диссертации основные закономерности МУ эффектов в РЗ цирконах значительно углубляют существующие представления о механизмах формирования МУ характеристик в РЗ оксидах. Полученные результаты позволяют в едином подходе описать разнообразные МУ свойства соединений, различающихся кристаллической структурой и электронным строением РЗ ионов и могут, таким образом; служить вкладом в основы микроскопической теории магнитного материаловедения.
Апробация работы. По теме диссертации сделаны доклады на следующих конференциях: Annual Conference of Magnetism and Magnetic Materials (Philadelphia, USA, 1995); 3d International Conference on f-elements (Paris, France, 1997); 7lh European Magnetic Materials and Applications Conference (Zaragoza, Spain, 1998); European Conference "Physics of
4 Magnetism'99" (Poznan, Poland, 1999); 53", 54" и 55" научные конференции профессорско-преподавательского состава (БГТУ, Брянск, 1996, 1998, 1999), 8lh European Magnetic Materials and Applications Conference (Kyiv, Ukraine, 2000).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах машинописного текста и содержит 7 таблиц, 42 рисунка и список цитированной литературы из 123 наименований.