Магнитоупругое взаимодействие в борате железа

МАГНИТОУПРУГОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В БОРАТЕ ЖЕЛЕЗА А.Р.БУЛАТОВ, А.В.ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ, Р.Н.ХИЗБУЛЛИН

Казанский государственный энергетический университет

Исследован аномальный по фазе сигнал ЯМР от ядер 57¥в в ГвБОз. Полученные результаты удается объяснить в предположении, что магнитоупругое взаимодействие может приводить к дополнительному сдвигу фазы сигнала ЯМР относительно РЧ поля.

В настоящее время магнитные оксиды металлов начинают находить все большее применение в электротехнике и электронике, начиная с высокотемпературной сверхпроводимости и кончая записью и обработкой сигналов. Борат железа (РеБ03) - один из немногочисленных магнитных кристаллов обладает спонтанной намагниченностью при комнатной температуре и прозрачностью в видимой области спектра, а также большим магнитоупругим взаимодействием, что делает его привлекательным материалом для применения в опто- и акустиэлектронике. Однако до сих пор многие особенности магнитных и магнитоупругих взаимодействий были исследованы не полностью. Наиболее удобным для этих целей является ядерный магнитный резонанс (ЯМР), который и был использован в данной работе.

Изучался спад свободной индукции (ССИ) на частоте V = 76,445 МГц при

температуре Т = 4,2 К. Длительность РЧ импульса ти устанавливалась равной 2 мкс, а напряженность переменного поля в импульсе плавно изменялась от 10-2 до 10 Э.

Система квадратурного детектирования спектрометра имеет два канала опорного напряжения (каналы и и V), сдвиг фазы между которыми равен п/2. Сигналы ССИ каждого из каналов регистрировались одновременно в различных частях файла «АСПЕКТ 2000». Фаза сигнала в канале и выставлялась со сдвигом п /2 по отношению к фазе поля Н(1). Величина Н1 определялась с помощью стандартной методики с относительной погрешностью ДН1 / Н1 = ±20% .

Исследованы две геометрии ориентации образцов относительно полей Н0 и Н1 (*). В первом случае векторы Н0 и Н1 были перпендикулярны друг другу и располагались в легкой плоскости (111) намагничивания образца, а во втором -(НЛН 0)11(111).

В геометрии (Нх || Н0)|| (111) сигнал ССИ наблюдается только в канале и, причем форма ССИ описывается одной экспонентой, а зависимость амплитуды сигнала от Н0 носит монотонный характер.

Все перечисленные ниже необычные особенности ЯМР обнаружены только при конфигурации (Нх ±Н0) | | (111), когда сигнал ССИ наблюдается в обоих каналах. На рис.1 приведены сигналы ССИ для и-и ^каналов ЯМР для различных амплитуд Н резонансных импульсов РЧ поля. При Н < 1Э (рис.1, а), сигнал ЯМР н канале V был значительно меньше, чем в канале и. Однако при

© А. Р. Булатов, А. В. Голенищев-Кутузов, Р.Н. Хизбуллин Проблемы энергетики, 2005, № 11-12

увеличении Н-1 до единиц эрстед амплитуды и- и V - сигналов ЯМР становятся

соизмеримы (рис.1, б). Как следует из рис.1, сигнал ССИ в канале и описывается одной экспоненциальной функцией, а сигнал ССИ в канале V удовлетворительно аппроксимируется двумя экспонентами с малым и большим временами затухания, причем первая соответствует затуханию магнитоупругих колебаний. Время затухания упругих колебаний т ти, определенное известными методами [1], составляет г 2 мкс. Такое же значение тти приводится в работе [1]. Скорости релаксации магнитных колебаний, определенные для кривых сигнала ССИ канала и и канала V (с большим временем затухания), сравнимы с 1/ Т° » 50 мкс, определенными в работе [2].

200

0 20 40 60 и мкс д 20 40 60 Л МКС

.) 61 Рис. 1. Сигнал спада свободной индукции в каналах Щ(•) и V(о) при Н0=700Э (штрихами обозначено разложение на две экспоненты сигнала ССИ в канале V): а - Н1=0,9Э; б - Н1=9Э

Различны и зависимости сигналов в каналах Щ и V от величины постоянного поля Но. Как видно из рис.2, зависимости интенсивностей для Щ- и V- сигналов ЯМР от Но одинаковы при малых Ні (рис.2, а) и различаются при

больших Ні (рис.2, б).

J, отн. ед. У, отн. сд.

20 Н 2-5Н

а) б)

Рис.2 Зависимость интенсивностей для и(*) и V(o) - сигналов ЯМР от Н0: а - Н1=0,9Э; б - Н1=9Э

Для демпфирования магнитоупругих колебаний образец покрывался тонким слоем парафина. При величине Н^ =9Э, что соответствует случаю, приведенному на рис.2, б, интенсивность аномального сигнала ЯМР значительно ослаблялась, в то время как интенсивность сигнала в канале и изменялась мало.

© Проблемы энергетики, 2005, № 11-12

Уменьшение скорости релаксации для кривой 2 по сравнению с кривой 1 связано, по нашему мнению, со значительным уменьшением вклада короткоживущих магнитоупругих колебаний, поскольку кривая 2 в основном описывается одноэкспоненциальной функцией.

Полученные результаты удается объяснить в предположении, что сильное магнитоупругое взаимодействие в борате железа может приводить к дополнительному сдвигу фазы сигнала ЯМР относительно РЧ-поля.

Summary

The phase - anomalous NMR signal from 57Fe nuclei in FeBO3 was investigated. The results can be explained by assuming that the magneto elastic interaction can lead to an additional phase shift of the NMR signal relative to the RF field.

Литература

1. Труэл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела.- М.: Мир, 1975.

2. Duhl, W.Jants, B.I.Nolang, and W.Wetting. Growth and properties of iron borate FeBO3, Current Topics water. Sci., 11, 241-387 (1984).

Поступила 15.11.2005

© Проблемы энергетики, 2005, № 11-12