Romboedrik kuchsiz ferromagnetiklarning magnitli bir jinsli emasligini eksperimental tadqiq etish usullari va namunalar

2.2. Romboedrik kuchsiz ferromagnetiklarning magnitli bir jinsli emasligini eksperimental tadqiq etish usullari va namunalar.
Temir borat FeBO3 ning kristallari romboedrik tuzilishga ega, elementar katakda atomlarning joylashish simmetriyasi D3d6 fazoviy guruh simmetriyasiga mos keladi. Bu kristallarning elementar yacheykasi simmetriya markazi, S3 uchinchi tartibli 1 ta vertikal simmetriya o`qi, ikkinchi tartibli S2 uchta gorizontal o`qlar va ularga perpendikulyar bo`lgan uchta vertikal simmetriya tekisliklariga ega. Elementar katakda 2 ta formulaviy birliklar mavjud, ya`ni, unga 4 ta Fe3+ ioni to`g`ri keladi. Magnit faol Fe3+ ionlaridan tuzilgan panjara fazoviy diagonalidan cho`zilgan oddiy kubik panjara sifatida qaralishi mumkin. Temir boratning kristall tuzilishi (2.2.1-rasmga qarang) asosiy Fe3+ ionlarining 2, 3, 4 valentli metallar ionlari bilan o`rin almashinuvi mumkin, bu esa ularning fizik xossalarini keng o`rganish va qo`llashga imkon bo`ladi [14, 18] .
2.2.1-rasm. Borat-temirning(FeBO3) kristallik strukturasi
FeBO3 ning magnit tuzilishi olib borilgan magnit va neytronografik kuzatishlar asosida aniqlangan. Temir borat Fe3+ ionlarining magnit momentlarini kristall simmetriyasi asosiy o`qiga nisbatan perpendikulyar joylashuvini ta`minlovchi “yengil tekislik” tipidagi magnit anizotropiyaga ega (animatsiya maydoni 77 K da NA≈ 3,1 kE ga teng). Neel temperaturasidan past temperaturada TN = 384 K temir ionlarining magnit momentlari antiferromagnit bo`ladi va bir–biriga nisbatan kuchsiz og`ishgan, bu esa m = M1+M2≠0 kuchsiz ferromagnit momentning yuzaga kelishini ta`minlaydi, bu yerda M1+M2 panjarachalarning magnit momentlari (aniqlanishicha, antiferromagnetizm vektori I= M1-M2, mI ).
YaMR spektrlar o`lchamlariga ko`ra aniqlangan magnit panjaralarning kesishish burchagi ≈55' ni tashkil qiladi va amaliy jihatdan temperaturaga bog`liq emas ekan.
HA kuchlanganlikka ega bo`lgan, bazis tekisligiga perpendikulyar qo`yilgan tashqi magnit maydon FeBO3 ning magnit holatiga ta`sir qilmaydi. Bu vaqtda bazis tekisligida magnitlanganlikning to`yinish vaqti N ~ 50 e bo`lgan maydonlarda erishiladi, bunda magnitlanganlikning tashqi magnit maydonga bog`liqligi quyidagicha ko`rinishni oladi:
m = ms + H,
ms = q/ B, = 1/B,
bu yerda ms–spontan moment; -magnit qabul qiluvchanlik; q va –Dzyaloshinskiy va almashinuv doimiyliklari.
Domen strukturasi kristall panjaraning nuqsonlari tufayli mavjud bo`ladigan antiferromagnetiklardan farqli ravishda, kuchsiz ferromagnetiklarda Neel temperaturasidan past temperaturalarda kuchsiz ferromagnit moment mavjudligi sababli barqaror domen strukturaga ega. Yuqorida aytib o`tilganidek, FeBO3 kuchsiz ferromagnit fazada “yengil tekislik (yassilik)” tipidagi anizotropiyaga ega. Shuning uchun domenlar orasidagi o`tuvchi qatlam ferromagnetizm va antiferromagnetizm vektorlarining burilishidan vujudga kelishi mumkin; bu vektorlar kristallning bazis tekisligidan (111) juda kichik ψ~v2/c2 burchakka og`ishi mumkin, bu yerda v–elektronning orbitadagi tezligi; s–yorug`lik tezligi. Shuning uchun bunday tipdagi magnetiklarda (111) tekislikka parallel bo`lgan blox tipidagi domen chegaralari va (111) tekislikka perpendikulyar bo`lgan neel tipidagi domen chegaralari yuzaga kelishini kutish kerak bo`ladi. Bunda neel domen chegaralarining joylashuvi tekislik ichidagi magnit anizotropiyasi bilan aniqlanishi lozim.
FeBO3 va α- FeBO3 larning domen strukturalarini kuzatish uchun bir qator tajribaviy usullar qo`llangan: kukunli shakllar usuli (faqat gematit uchun), rentgen topografiya usuli, magnitooptik usullar. Olib borilgan kuzatuvlar natijasida yetarlicha mukammal kristallarda (makroskopik nuqsonlarga ega bo`lmagan) domenlarining tipik kengligi ~ 0,3–1 mm bo`lgan doimiy domen struktura mavjud bo`ladi. Qoida bo`yicha, FeBO3 va α-FeBO3 kristallarida 180 gradusli domen struktura vujudga keladi (ya`ni, magnitlanganlik vektori o`z yo`nalishini qo`shni domenlarda 1800 ga o`zgartiradigan domen struktura), biroq, 120 va 60 gradusli domenlar ham mavjud bo`lishi mumkin. Bunda namunaning geometrik o`lchamlari va uning kristallografik orientatsiyasiga bog`liq qoida bu kristallarda magnitlanganlik vektori domenda joylashuvini kristallning butun qalinligi bo`ylab o`zgartirmaydigan teshikli domen struktura kabi, MS vektori domenlarda o`z yo`nalishini qatlamdan qatlamga o`tishda o`zgartiradigan qatlamli domen tuzilish ham mavjud bo`ladi.
Romboedrik kuchsiz ferromagnetiklar domen strukturasining umumiy nazariyasi magnitoelastik va magnitostatik energiyalarini hisobga olgan holda tuzilgan edi. Romboedrik kristallarda simmetriyaga mos ravishda 60, 120 va 180 gradusli domen chegaralar: (111) tekislikka parallel bo`lgan blox tipidagi domen chegaralar S||, (111) tekislikka perpendikulyar bo`lgan neel tipidagi domen chegaralar S ; (111) tekislikni 0=arctgC1/C31 burchak ostida kesib o`tadigan S1 va S3–magnitostriksiya doimiylari) domen chegaralari Sc mavjud bo`lishi ko`rsatilgan. Sc domen chegaralarining vujudga kelishi magnitoelastik va magnitostatik energiyalarining yetarlicha miqdorda oshishi bilan bog`liq, shuning uchun uning vujudga kelishi kristallda kuchlanish va bir jinslimasliklarning borligi sabab bo`ladi.
Domen chegaralarining uchala tipi ham gematitda kukunli shakllar usuli yordamida kuzatilgan. Sc tipidagi chegaralar qalinligi 25–200 mkm bo`lgan yupqa kristall plastinkalarda (112) tekislikda (111) tekislikka parallel bo`lgan polosalar ko`rilganda va (110) tekislikda (111) tekislikka nisboatan 200 burchak ostida kuzatiladi. S|| tipidagi domen chegaralar (110) va (112) tekisliklarga parallel bo`lgan kristall kesimlarida, S chegaralar esa (112) tekisliklarda vujudga keladi.
Xuddi shu ishlarda α-FeBO3 domen strukturaga tashqi magnit maydonning ta`siri o`rganilgan. Tekisliklararo anizotropiya maydonidan kichik (NA~1 kE) kristallning bazis tekisligiga perpendikulyar bo`lgan magnit maydon namunaning domen strukturasiga amaliy ta`sir ko`rsatmasligi aniqlandi. Domen strukturaning o`zgarishi asosan, (111) tekislikka parallel qo`yilgan N|| magnit maydon ta`sirida amalga oshadi. H|| qo`yilganda S|| va S chegaralarga bo`lingan domenlar teskari orientatsiyali domenlar bilan o`rin almashinishdan hajmi kamayishi hisobiga kengayadi.
Kristallarda mexanik kuchlanishlarning mavjud bo`lishi E.M.O`. yo`nalishining o`zgarishiga, va bu natijasida uning domen strukturasining qayta tuzilishiga olib keladi. Masalan, chop etilgan ishlarning birida (111) tekislikka qo`yiladigan bosim qandaydir kritik qiymatdan oshsa, Sc tipidagi domen chegaralar S|| tipidagi 180 gradusli chegaradan o`tadi.
FeBO3 kristallida Faradey effekti yordamida namunada tashqi bosim bilan induksiyalangan davriy domen strukturasi o`rganilgan ish haqida ham bizda ma`lumot bor. Aytib o`tilganidek, kuchlanishlardan xoli bo`lgan kristallda domen chegaralar bazis tekisligida E.M.O`.ga parallel joylashadi. Shu ishda, kristall siqilganda (bosim (111) tekislikka beriladi) ferromagnit momentning mexanik kuchlanish hosil qiladigan yo`nalishga perpendikulyar joylashuvi ahamiyatga ega. Kristallning bazis tekisligida xususiy magnit anizotropiyasi kichik bo`lganligidan, (111) tekislikda polosalar qo`yiladigan kuchlanish yo`nalishiga perpendikulyar bo`lgan polosali domen struktura (strayp-struktura) vujudga keladi. Strayp strukturaning qalinligi~100 mkm va ko`ndalang o`lchamlari ~ 2 x 2 mm2 bo`lgan namunadagi davri ~1 mm ni tashkil qiladi. Kuzatiladigan strayp–strukturaning eksperimental aniqlangan domen strukturasi kengligini (~2,6 mkm) neel domen chegarasining nazariy baholangan kengligi bilan taqqoslash natijasida, hamda N2E bo`lgan maydonlarda kuzatilgan domen chegaralar hali mavjud bo`lmaganligini hisobga olib, bu ishda shunday xulosa qilish mumkin: kuzatilayotgan domen chegaralar neel va blox tipidagi domen chegaralarining o`zaro kesishishidan hosil bo`lgan kompleksni tashkil qiladi. Kuzatilayotgan domenli struktura magnit maydonda o`zini oddiy tutdi: MS||H ga ega bo`lgan domenlar hajmi teskari magnitlanganlikka ega bo`lgan domenlar hisobiga ortib bordi. Temir boratning domen strukturasining xususiyatlari shuningdek o`rganilgan. Bu ishlarda FeBO3 monokristallida 770 temperaturada magnitooptik usul yordamida chiziqli kristallografik ikkilanib sinishni Faradey effektiga qo`yish tufayli yuzaga keladigan interferension polosalar sistemasi kuzatilgan. Bu ikkala effektlarning sezilarli interferensiyasi yuzaga kelishi uchun kristallning bazis tekisligi 450 burchak ostida yorug`likning tarqalish yo`nalishi bo`ylab shunday joylashtirilganki, kristallik ikkilanib sinishning Faradey effektiga qo`shadigan hissasi maksimal darajada bo`lsin. Kuzatilgan interferentsion polosalar (111) tekislikda S2 o`qlarga nisbatan perpendikulyar yo`nalishda orientatsiyalangan. Bazis tekisligiga tashqi magnit maydon qo`yilganda, interferentsion polosalar ularning magnitlanish yo`nalishiga nisbatan joylashuviga qarab vaqt ketma-ketligida yo`qolib bordi: yo`nalishi maydon yo`nalishiga perpendikulyar bo`lgan polosalar eng oxirida yo`qolishdi. N25 e maydonda interferension manzara umuman yo`qoldi. Interferension manzaraning N maydonda o`zini bunday tutishi FeBO3 da S2 o`qlarga perpendikulyar bo`lgan va kristallning bazis tekisligi bilan ~40 burchak hosil qiladigan, 120 gradusli blox domen chegaralari mavjudligi bilan tushuntiriladi. Taklif qilinayotgan hodisaning modeli kristallarda tipidagi domen chegaralarining mavjudligi bilan izohlanadi.
|