Modulyatsiyalangan magnitli tuzilmalar va ularning nazariy ifodalash modellar

2.3. Modulyatsiyalangan magnitli tuzilmalar va ularning nazariy ifodalash modellar.
Temir borat yashil rangli, spektrning ko`rish sohasida optik jihatdan anizotrop bo`lgan, shaffof kristall. Neel temperaturasidan past temperaturalarda FeBO3 optik ikki o`qli kristall, bu o`qlardan biri simmetriyaning asosiy o`qi (S3-o`q) bilan mos tushadi. Temir boratning xona temperaturasidagi yutilish spektri maksimumlari 0,62 va 0.88 mkm bo`lgan 2 ta yuqori qiymatlarga ega va yutilish koeffitsienti ~50 sm -1 kattalikka yetadi. Yutilishning bu eng katta qiymatlari Fe3+ ionlarining kristall maydoni tomonidan bo`lingan holatlari orasidagi o`tish: asosiy 6A1(6S) holatdan uyg`otilgan 4T2(4G) holatlarga o`tishi bilan bog`lanadi. Ushbu kristallning shaffoflik sohasidagi magnitooptik xossalari, asosan, Faradey effekti va magnit chiziqli dixroizm bilan aniqlanadi [18-22].
FeBO3 kabi romboedrik kuchsiz ferromagnetiklar bazis tekisligidan m va I vektorlarining chiqish burchaklari kichik (10-3 rad), shuning uchun mm. II. Odatda, IzI ekanligidan, antiferromagnetizm vektorining bo`ylama qismi kristallning optik doimiyliklariga juda kam ta`sir ko`rsatadi, shu sababli, Iz ning toq magnitooptik effektlarga qo`shadigan hissasini Ix, Iy ko`ndalang komponentalarga qo`shadigan hissasiga qaraganda hisobga olmasa ham bo`ladi. Faradey effekti va magnit aylanma dixroizmiga e`tibor bersak, εij tenzor antisimmetrik qismi komponentasining ferromagnetizm vektori bilan bog`liqligidan, qutblanish tekisligining burilishi ham, uning elliptikligi ham vektorning bo`ylama komponentasi tufayli vujudga keladi. Agar yorug`likning tarqalish yo`nalishi S3 o`qdan kichik burchakka og`sa, u holda kristall giratsiyasi vektorini quyidagicha ko`rinishda tasvirlash mumkin:
g = 1mz + 2m, (2.3.1)
bu erda 1 va 2 romboedrik kristall anizotropiyasini tavsiflovchi doimiyliklardir.
Romboedrik kuchsiz ferromagnetikdan o`tayotgan yorug`lik nurining qutblanish parametrlarining namunaga tushayotgan yorug`lik qutblanish tekisligi azimuti va tajribaviy koordinata sistemasiga nisbatan magnitlanganlik orientatsiyasi bilan bog`liqligi quyidagicha ko`rinish oladi:
Re=[ -1sin2( -) -1 mz() -2 mcos(+0)]z/cn;
Im=[-1 sin2( -)-1 mz() -2mcos(+0)]z/cn; (2.3.2)
bu erda 1 va 1, 2 lar magnitooptik doimiyliklar (mos holda magnit chiziqli dixroizm va Faradey effekti uchun); 1 1, 2 lar magnit chiziqli ikkilanib sinish va magnit aylanma dixroizm uchun to`g`ri keladi (bunda l = 1 deb qabul qilingan.).
O`z–o`zidan, yorug`likning kristalldan chiqishida qutblanish holatini tahlil qilib, bazis tekisligida m va I vektorarining joylashuvini aniqlash va S2 o`qlarning tajribaviy koordinata sistemasiga nisbatan vaziyatini aniqlash mumkin.
Hozirgi kunda kuchsiz ferromagnetiklar, ayniqsa, temir boratning fizik xossalarini o`rganishda magnitooptik usullardan foydalanish keng tarqalgan. Xususan, magnitoooptika yordamida FeBO3 kristallida: uning domen tuzilishi magnit tuzilishi, fazaviy o`tishlar, magnit faol ioni energetik spektrining xususiyatlari, fotoinduksiyalangan effektlar, modulli magnit strukturalari o`rganilgan. Magnitooptik tadqiqotlarning keng tarqalishi ularning nisbatan oddiyligi va ko`p ma`lumot bera olishidadir. Haqiqatdan ham, kristall anizotropiyasini magnit tartib bilan induksiyalangan effektlar kattaligi ferro va antiferromagnetizm vektorlarining tarqalayotgan yorug`likning qutblanish tekisligi azimutiga nisbatan vaziyati bilan aniqlanar ekan, kristalladan o`tayotgan yorug`lik qutblanishi o`zgarishini polyarimetrik usul bilan o`rganish uning magnitlanganligining fazoviy orientatsiyasini tiklash, shuningdek, kristall magnit holatiga tashqi ta`sirlarni ham o`rganish imkonini beradi. Buni tadqiqotning tajribaviy usulini tanlash aniqladi.
Temir boratning magnit holatiga mexanik kuchlanishlarning ta`sirini o`rganish uchun uning domen strukturasini vizualizatsiya qilishning magnitooptik usuli qo`llanildi. Domenlar tasviri kattalashtirishi 30–40 bo`lgan qutblovchi mikroskop yordamida kuzatildi. Olingan DS tasvirining yorqinligi m vektorining turli orientatsiyasiga ega bo`lgan qo`shni domenlardan o`tgan yorug`lik uchun Faradey burilish burchagi kattaligiga bog`liq. Namunaning DS va uning magnit maydon hamda temperatura ta`sirida rivojlanishi vizual ravishda kuzatildi va kompyuterga ulangan raqamli fotokamera bilan qayd qilib borildi.
Magnitooptik usul bilan bir jinsli bo`lmagan radial mexanik kuchlanishning FeBO3 monokristalli domenli strukturasiga ta`siri tadqiq etildi. FeBO3 ning bazisli tekisligi, siquvchi kuch yo`nalishi bo`ylab qo`yilgan magnit maydoni, magnitlanish jarayonida kristallda haroratga bog`liq bo`lgan N0HHs ma`lum maydon intervalida bo`luvchi ponasimon domenlar sistemasining hosil bo`lishi qayd etildi. Olingan natijalar domenli strukturaning termodinamik nazariya doirasida muhokama etildi. Foydalanilgan nazariy model tajribada olingan D/L1/2 (Dponasimon domenning o`rtacha eni, L–uning uzunligi) kattalikning haroratga va maydonga bog`lanishini ifodalay olishi ko`rsatilgan.
Tajribada foydalanilgan FeBO3 (fazoviy guruhi ) monokristalli namunasi yassi-parallel oltiburchakka yaqin shakldagi qalinligi ~ 45 mkm, ko`ndalang o`lchami3 mm bo`lgan ko`rinishda edi. Qirralarining yo`nalishi yengil magnitlanish o`qi (bazisli tekislik) bilan mos kelgan holda edi. Kristall sirti yetarlicha optik sifatga ega bo`lib, qo`shimcha ishlov berish talab etilmadi.
Domenli strukturani tadqiq etish maksimal shaffoflik sohasida ( 52 mkm) «yorug`likni o`tish»da olib borildi. Domenlarning tasviri polyarizatsion mikroskopda vizual kuzatildi va kompyuter bilan bog`langan raqamli fotokamera yordamida olindi. Tasvirning magnitooptik kontrasti qo`shni domenlardagi Faradey effektining ishorasining farqli bo`lganligi sababli hosil bo`ladi.
Namuna haroratlar sohasi 90T290 K da tajriba o`tkazish mumkin bo`lgan azotli kriostatda joylashtirildi. Ikkita Gelmgolts g`altaklaridan iborat magnitlash sistemasi namuna joylashgan sohada ikkita o`zaro perpendikulyar bir jinsli magnit maydoni kuchlanganligi N 50 e bo`lgan maydonni hosil qilish imkoniyatini berdi (barcha tajribalarda N vektori namuna tekisligida yotgan bo`ldi).
Mexanik kuchlanishning FeBO3 magnit holatiga ta`sirini aniqlash uchun barcha tajribalar «kuchlanishsiz» kristall va bir jinsli bo`lmagan kuchlanish ta`siridagi kristallda takrorlandi va olingan natijalar o`zaro solishtirildi. Bir jinsli bo`lmagan kuchlanish bilan namunaga ta`sir etish uchun uning bir burchagi misdan tayyorlangan shaybaga BF-2 kley bilan yopishtirildi. Misdan tayyorlangan shayba esa sovuq tashuvchi kriostatga mahkamlandi. Namuna xona haroratidan boshlab sovutilgan sari shaybaning haroratiy deformatsiyasi sodir bo`ladi va bu esa namunaga berilib, unda bir jinsli bo`lmagan kuchlanishni hosil qiladi. Xona haroratida magnitlanmagan holatda o`rganilayotgan namuna ikki qatlamli domenli strukturaga ega bo`ladi. Domenli chegaralarning yo`nalishi bazisli tekislik, ya`ni S2 (yo`nalishi kristallni tabiiy ishlov berishda aniqlangan) o`q yo`nalishiga yaqin bo`lgan va yengil tekislik ichki geksagonal anizotropiyaga ega bo`lgan yo`nalishda ikki qatlamli domenli struktrura yo`nalishi bo`ladi (2.3.1a-rasm). Bunday domenli struktura mexanik kuchlanishdan xoli bo`lgan FeBO3 yupqa plastinkalarga xosdir. Ma`lumki, ushbu holda spontan magnitlanish vektori azimuti m namuna tekisligidagi qo`shni domenlarda taxminan 180o ga farq qiladi, domenlar orasidagi chegara sifatida neel tipidagi (domenlar orasidagi qatlamlar-blox domen devori, kristall bazis tekisligiga parallel bo`lgan tekislik) devorlar xizmat qiladi.
2.3.1 - rasm. «Kleylangan» FeBO3 kristalli domenli strukturasining kuchlanganlik N=0 bo`lganda olingan tasviri: a) T=290 K va b) T=90 K; v–kuchlanganlikka ega bo`lgan kristall bazisli tekisligidagi spontan magnitlanish (strelkalar) vektorining fazoviy taqsimoti. Punktir chiziqlar mexanik kuchlanish ta`sir etuvchi yo`nalishlar, shtrixlangan soha kristall ushlagichga mahkamlangan kley tomchisi. O`ngda-laboratoriya koordinatalar sistemasidagi o`qlar yo`nalishi: X o`qi S2 ning uchta o`qidan bittasi bilan mos keladi, Z-o`qining yo`nalishi S3 o`qi yo`nalishi bilan mos keladi [21,22].
Tajribalar shuni ko`rsatdiki «kuchlanishsiz» holatdagi namunada kuzatiladigan domenli struktura barcha 90T290 K haroratlar oralig`ida unga bog`liq emas ekan. «Kleylangan» namuna domenli strukturasi esa o`zini boshqacha tutadi. Harorat pasaygan sari taxminan T=270 K dan boshlab neel devori osta-sekinlik bilan egrilana boshlaydi, domenli struktura esa ikki qatlamli holatdan chuqurliga aylana boshlaydi va markazi namuna kleylangan joyda bo`lgan taxminan bir xil qalinlikdagi kontsentrik halqa shaklidagi sektor ko`rinishida bo`ladi (2.3.1b-rasm)
2.3.1b-rasmdan kuzatish mumkinki, domenli struktura tasvirning maksimal kontrasti namunaning markaziy qismida bo`lar ekan. Bu erda domenlar tasvirining aniqlik darajasi vertikal o`q Y bo`lab butun namuna yuzasi bo`yicha deyarli o`zgarmaydi (tanlangan koordinata sistema o`qlarining yo`nalishi 2.3.1v-rasmda ko`rsatilgan). Ushbu tasvirning bir jinsli bo`lmasligi mikroskop optik sistemasining fokusi buzilishidan emas, balki kristall bazisli tekisligidagi m vektori azimutal burchagining o`zgarishi natijasida hosil bo`ladi.
Ferromagnetikdagi domenli strukturaning o`zgarishi. Magnitooptik usul yordamida kubsimon ferromagnetik Tb0,2Y2,8Fe5O12 ning domenli strukturasidagi o`zgarish, spontan orientatsiyali fazaviy o`tish (OFP) haroratlari sohasida tadqiq etilgani, past va yuqori haroratli magnit fazalarga ega bo`lgan domenlarning birgalikda mavjudligi kuzatildi. Ma`lum bir haroratlar oralig`ida OFP ning cho`zilganligi, qayta orientatsiyalanish haroratlar sohasida domenli konfiguratsiya evolyutsiya xarakteri jiddiy ravishda kristallda mavjud mexanik kuchlanishga bog`liqligi aniqlash imkoniyatini berdi. Tajribada olingan natijalarning 2.3.2-rasm va 2.3.3-rasmlarda keltirilgani kubsimon kristall uchun mavjud bo`lgan OFP nazariyasi doirasida amalga oshirilishi mumkin ekan.
2.3.2-rasm. Uchta namunaning harorat 290 K va magnit maydoni N=0 ga teng bo`lgandagi domenli strukturasining tasviri.Ikkinchi (b) va uchinchi (s) turdagi namunalar mikroskopning fokal tekisligiga nisbatan U o`qi atrofida 15o burchakka burilgan hol uchun domenli struktura. Birinchi namuna esa xuddi o`sha burchakka ammo X o`qi atrofida burilgandagi domenli struktura. Strelkalar qo`shni domenlardagi spontan magnit momentlarining yo`nalishini ko`rsatadi [23-24].
Ilovada: laboratoriya koordinatalar sistemasida va namuna tekisligidagi bosh kristallografik yo`nalishlarning orientatsiyasi (Z–o`qi kristallga tushayotgan yorug`likning yo`nalishini bildiradi).
2.3.3-rasm. Harorat T=85 K magnit maydoni N=0 bo`lganda olingan uch turdagi namunalar domenli struktrasining tasviri. Belgilashlar xuddi 2.3.2-rasmdagidek. Namunalar mikroskopning fokal tekisligiga nisbatan X o`qi atrofida 15o burchakka burilgan hol uchun domenli struktura [24,25].
Ilovada: Kubsimon kristallning ketma-ket dislokatsiya ko`rinishida namoyon bo`ladigan kichik burchakli donalar orasidagi chegaralari bo`lgan (110) tekisligiga parallel kesimi; A-A va B-B punktir chiziqlar, bular bo`ylab mos ravishda 2- va 3-namunalar taxminan kesilgan edi.
Tadqiqotlar shuni ko`rsatdiki, mavjud bo`lgan orientatsiyali fazoviy o`tishlar nazariya Tb0,2Y2,8Fe5O12 namunaning domenli strukturasida kuzatiladigan ko`p qirrali haroratga bog`liq bo`lgan evolyutsiyani ifodalay olmas ekan va spinli qayta orientatsiyalanishga namunaning kristallografik mexanik kuchlanishi sezilarli ta`sir qilar ekan.
|