Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄

Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄

Исследованы полевые зависимости вращения плоскости поляризации света и намагниченности в монокристалле ферробората TbFe₃(BO₃)₄. Показано, что основной вклад в индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света связан с магнитной подсистемой ионов тербия....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2011
Автори: Бедарев, В.А., Пащенко, М.И., Блудов, А.Н., Гнатченко, С.Л., Безматерных, Л.Н., Темеров, В.Л.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2011
Назва видання:Физика низких температур
Теми:
Низкотемператуpный магнетизм
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118598
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 6. — С. 598–602. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-118598
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1185982025-02-23T18:08:14Z Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄ Magnetic field-induced rotation of polarization plane of light in antiferromagnetic iron borate TbFe₃(BO₃)₄ Бедарев, В.А. Пащенко, М.И. Блудов, А.Н. Гнатченко, С.Л. Безматерных, Л.Н. Темеров, В.Л. Низкотемператуpный магнетизм Исследованы полевые зависимости вращения плоскости поляризации света и намагниченности в монокристалле ферробората TbFe₃(BO₃)₄. Показано, что основной вклад в индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света связан с магнитной подсистемой ионов тербия. Досліджено польові залежності обертання площини поляризації світла та намагніченості у монокристалі фероборату TbFe₃(BO₃)₄. Показано, що основний внесок у індуковане магнітним полем обертання площини поляризації світла пов’язаний з магнітною підсистемою іонів тербію. Magnetic field dependences of rotation of polarization plane of light and magnetization were studied in a single crystal of iron borate TbFe₃(BO₃)₄. It is shown that the main contribution to the magnetic field-induced rotation of polarization plane of light is related with the terbium ions subsystem. 2011 Article Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 6. — С. 598–602. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 78.20.Ls, 75.50.Ee https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118598 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Низкотемператуpный магнетизм
Низкотемператуpный магнетизм
spellingShingle Низкотемператуpный магнетизм
Низкотемператуpный магнетизм
Бедарев, В.А.
Пащенко, М.И.
Блудов, А.Н.
Гнатченко, С.Л.
Безматерных, Л.Н.
Темеров, В.Л.
Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
Физика низких температур
description Исследованы полевые зависимости вращения плоскости поляризации света и намагниченности в монокристалле ферробората TbFe₃(BO₃)₄. Показано, что основной вклад в индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света связан с магнитной подсистемой ионов тербия.
format Article
author Бедарев, В.А.
Пащенко, М.И.
Блудов, А.Н.
Гнатченко, С.Л.
Безматерных, Л.Н.
Темеров, В.Л.
author_facet Бедарев, В.А.
Пащенко, М.И.
Блудов, А.Н.
Гнатченко, С.Л.
Безматерных, Л.Н.
Темеров, В.Л.
author_sort Бедарев, В.А.
title Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
title_short Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
title_full Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
title_fullStr Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
title_full_unstemmed Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄
title_sort индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате tbfe₃(bo₃)₄
publisher Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate 2011
topic_facet Низкотемператуpный магнетизм
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/118598
citation_txt Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров // Физика низких температур. — 2011. — Т. 37, № 6. — С. 598–602. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series Физика низких температур
work_keys_str_mv AT bedarevva inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT paŝenkomi inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT bludovan inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT gnatčenkosl inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT bezmaternyhln inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT temerovvl inducirovannoemagnitnympolemvraŝenieploskostipolârizaciisvetavantiferromagnitnomferroboratetbfe3bo34
AT bedarevva magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
AT paŝenkomi magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
AT bludovan magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
AT gnatčenkosl magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
AT bezmaternyhln magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
AT temerovvl magneticfieldinducedrotationofpolarizationplaneoflightinantiferromagneticironboratetbfe3bo34
first_indexed 2025-11-24T06:14:55Z
last_indexed 2025-11-24T06:14:55Z
_version_ 1849651254637101056
fulltext © В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров, 2011 Физика низких температур, 2011, т. 37, № 6, c. 598–602 Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в антиферромагнитном ферроборате TbFe3(BO3)4 В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина E-mail: bedarev@ilt.kharkov.ua Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН, г. Красноярск, 660036, Россия Статья поступила в редакцию 14 декабря 2010 г. Исследованы полевые зависимости вращения плоскости поляризации света и намагниченности в мо- нокристалле ферробората TbFe3(BO3)4. Показано, что основной вклад в индуцированное магнитным по- лем вращение плоскости поляризации света связан с магнитной подсистемой ионов тербия. Досліджено польові залежності обертання площини поляризації світла та намагніченості у монокрис- талі фероборату TbFe3(BO3)4. Показано, що основний внесок у індуковане магнітним полем обертання площини поляризації світла пов’язаний з магнітною підсистемою іонів тербію. PACS: 78.20.Ls Магнитооптические эффекты; 75.50.Ee Антиферромагнетики. Ключевые слова: антиферромагнетик, намагниченность, вращение плоскости поляризации света. Редкоземельные ферробораты RFe3(BO3)4 привле- кают к себе внимание прежде всего тем, что эти со- единения обнаруживают свойства мультиферроиков [1,2]. Кроме того, взаимодействие редкоземельной и железной подсистем в ферроборатах приводит к появ- лению большого разнообразия магнитных структур, в том числе несоразмерных магнитных структур, иссле- дование которых также вызывает интерес [3]. Редкозе- мельные ферробораты имеют тригональную структуру, которая принадлежит к нецентросимметричной про- странственной группе R32. В некоторых ферроборатах наблюдается структурный фазовый переход первого рода. Например, в ферроборате GdFe3(BO3)4 такой фа- зовый переход происходит при температуре 156 К [4]. С помощью рентгеновских исследований было уста- новлено, что симметрия кристалла при этом фазовом переходе GdFe3(BO3)4 понижается с R32 до P3121, а точечная кристаллическая группа остается неизменной — 32. Предполагается, что подобное изменение сим- метрии происходит и в монокристалле TbFe3(BO3)4 во время структурного фазового перехода первого рода при температуре 192 К. Магнитные и магнитоэлектрические свойства фер- роборатов сильно зависят от редкоземельного элемента. Магнитная структура этих соединений определяется анизотропией редкоземельной подсистемы, поскольку подсистема железа является слабоанизотропной. В за- висимости от редкоземельного элемента реализуется антиферромагнитная структура типа легкая ось или легкая плоскость. В случае R = Tb реализуется анти- ферромагнитная структура типа легкая ось [5]. Подсис- тема ионов железа этого кристалла антиферромагнитно упорядочивается при температуре TN = 40 К, магнит- ные моменты при этом направлены вдоль тригональной оси с. Ионы тербия за счет (f–d)-взаимодействия нахо- дятся в подмагниченном состоянии. Магнитные момен- ты подсистемы ионов тербия также направлены вдоль оси с. Если внешнее магнитное поле направить вдоль оси с, то в кристалле TbFe3(BO3)4 наблюдается спин- ориентационный фазовый переход первого рода при температурах ниже 40 К [5]. В магнитном поле намагниченность М(H) тербиево- го ферробората складывается из проекций магнитных моментов подрешеток ионов тербия МTb(H) и ионов Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в ферроборате TbFe3(BO3)4 Физика низких температур, 2011, т. 37, № 6 599 Рис. 1. Полевые зависимости угла вращения плоскости поля- ризации света Φ(H) в монокристалле TbFe3(BO3)4. 5 10 15 20 25 30 350 5 10 15 H, êÝ 8 Ê 10 Ê 15 Ê 20 Ê 35 Ê Ô , ãð àä Рис. 2. Полевые зависимости намагниченности M(H) в фер- роборате TbFe3(BO3)4: символы — эксперимент, сплошные линии — расчетные полевые зависимостями намагниченно- сти подсистемы тербия. 5 10 15 20 25 30 350 1 2 3 4 H, êÝ Ì , /ô î ð ì . åä . �  8 Ê 10 Ê 15 Ê 20 Ê 35 Ê железа МFe(H) на направление магнитного поля. Если на этот кристалл послать линейно поляризованный свет, направление распространения которого совпадает с направлением магнитного поля, то плоскость поляри- зации вышедшего из кристалла света по отношению к плоскости поляризации вошедшего будет повернута на угол, который определятся следующим выражением: Φ(H) = (А·МFe + В·МTb) t. (1) Здесь А и В — магнитооптические константы, t — толщина кристалла. Цель настоящей работы — исследование полевых зависимостей вращения плоскости поляризации света и определение вкладов в это вращение подсистемы ионов тербия и подсистемы ионов железа в монокри- сталле TbFe3(BO3)4. Исследуемый монокристалл TbFe3(BO3)4 выращен из раствора в расплаве [5]. Для магнитооптических исследований из монокристалла вырезали пластинку перпендикулярно оси c. Образец механически полиро- вали, а затем отжигали при температуре 800 °С в тече- ние 10 часов для снятия упругих напряжений. В ре- зультате был приготовлен образец толщиной 110 мкм, достаточно прозрачный в видимой области света. Образец, прикрепленный к хладопроводу, помещал- ся в оптический гелиевый криостат и находился в ва- кууме. Температуру образца определяли с помощью термосопротивления, размещенного на хладопроводе вблизи образца. Магнитное поле, создаваемое сверх- проводящим соленоидом, было параллельно триго- нальной оси с образца и совпадало с направлением рас- пространения измерительного пучка света. Полевые зависимости вращения плоскости поляризации света измеряли с помощью модуляционной методики с моду- ляцией света по плоскости поляризации и синхронным детектированием. В качестве источника света исполь- зовали лампу накаливания, за которой помещали ин- терференционный фильтр λ = 633 нм. Полевые зависимости намагниченности измеряли с помощью SQUID магнитометра MPMS-XL. Магнитное поле в этом случае было также направлено вдоль три- гональной оси c кристалла. На рис. 1 представлены полевые зависимости вра- щения плоскости поляризации света Φ(Н), измеренные при температурах 8, 10, 15, 20 и 35 К в интервале по- лей от 0 до 35 кЭ. Как видно на рисунке, с повышени- ем температуры величина вращения растет. Кроме то- го, при низких температурах величина Φ(H) нелинейно зависит от магнитного поля. Отклонение Φ(H) от ли- нейной зависимости с повышением температуры по- степенно уменьшается, и при температурах близких к TN вращение плоскости поляризации почти линейно зависит от магнитного поля. Для того чтобы сопоставить полевые зависимости вращения плоскости поляризации света Φ(H) и полевые зависимости намагниченности М(H), эти зависимости измерялись при тех же температурах и в том же интер- вале полей, что и зависимости Φ(H). Полевые зависимо- сти намагниченности, представленные на рис. 2, ведут себя подобно полевым зависимостям вращения плоско- сти поляризации света. Зависимости М(H) при низких температурах так же, как и зависимости Φ(H) нелиней- но зависят от магнитного поля, тогда как при темпера- турах близких к TN они практически линейны. Нелинейные зависимости от магнитного поля на- магниченности и вращения плоскости поляризации света свидетельствуют о том, что, кроме линейного по магнитному полю Н вклада, в этих зависимостях су- ществуют вклады с более высокими степенями по Н. Рассмотрим какие вклады, кроме линейного по маг- нитному полю, могут существовать в полевых зависи- мостях намагниченности и вращения плоскости поля- ризации света в ферроборате тербия. Для этого разложим по Н намагниченность М(H) и антисиммет- ричную часть диэлектрической проницаемости a ijε (H): В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров 600 Физика низких температур, 2011, т. 37, № 6 Рис. 3. Полевые зависимости величины Φ/М для Т, К: 8 (□), 15(○), 35 ( ). 5 10 15 20 25 30 350 1 2 3 4 5 H, êÝ Ô /Ì , ãð àä ô î ð ì . ä ./ � e �  ...ij j ijk j k ijkl j k lM H H H H H H= χ + χ + χ + , (2) ... .a ij ij ij ij bH H H H H Hα α αβ α β αβγ α γε = τ + τ + τ + (3) Здесь симметричный по всем индексам аксиальный c-тензор третьего ранга ijkχ и антисимметричный по первой и симметричный по второй паре индексов по- лярный c-тензор четвертого ранга ijαβτ описывают квадратичные по магнитному полю намагниченность и вращение плоскости поляризации света соответствен- но. Оба этих вклада разрешены в одних и тех же то- чечных магнитных группах [6]. Линейные и кубиче- ские по магнитному полю вклады в намагниченность и вращение плоскости поляризации света разрешены для всех точечных магнитных групп. Таким образом, необходимо выяснить принадлежит ли ферроборат тербия к точечной магнитной группе, в которой разрешены квадратичный по магнитному по- лю вклад в намагниченность и квадратичный по маг- нитному полю вклад во вращение плоскости поляриза- ции света. Из точечной кристаллической группы 32 после магнитного упорядочения ферроборат тербия может перейти в точечные магнитные группы 32, 32′, 3 [7]. В отличие от точечной магнитной группы 32 в то- чечных магнитных группах 32′ и 3 разрешены слабо- ферромагнитный момент и квадратичная по магнитно- му полю намагниченность. Учитывая это, попытаемся понять в какую конкретно магнитную группу может перейти ферроборат тербия после антиферромагнитного упорядочения. Известно, что магнитная ячейка удвое- на относительно кристаллической ячейки в ферробора- тах GdFe3(BO3)4 и NdFe3(BO3)4 [1,2]. В фероборате TbFe3(BO3)4 такое удвоение, по-видимому, существует также, поскольку в магнитном поле, приложенном вдоль оси c, наблюдается спин-ориентационный фазо- вый переход первого рода. Такой фазовый переход может наблюдаться только в случае, когда магнитная ячейка удвоена по отношению к кристаллографиче- ской. Это следует из того, что если магнитная и кри- сталлографическая ячейки совпадают, то в ячейке бу- дет 9 ионов Fe3+, а в рамках такой ячейки не может возникнуть антиферромагнитная структура, для кото- рой наблюдался бы спин-ориентационной фазовый переход первого рода в магнитном поле. Поскольку такой фазовый переход экспериментально наблюдает- ся, то магнитная ячейка удвоена по отношению к кри- сталлографической в кристалле TbFe3(BO3)4. С точки зрения симметрии это означает, что магнитная сим- метрия кристалла содержит такой элемент симметрии как антитрансляция, которая запрещает существование слабоферромагнитного момента. Среди возможных магнитных групп ферробората тербия только в точеч- ной магнитной группе 32 запрещен слабоферромаг- нитный момент. Таким образом, нелинейные по маг- нитному полю вклады в намагниченность и вращение плоскости поляризации света в кристалле TbFe3(BO3)4 связаны с кубическими вкладами по магнитному полю, поскольку квадратичные вклады по магнитному полю запрещены в магнитной группе 32. Вклад во вращение плоскости поляризации света в ферроборате тербия может давать как подсистема ио- нов тербия, так и подсистема ионов железа. Для того чтобы определить обе магнитные подсистемы дают вклад во вращение плоскости поляризации света или только одна из них, построим полевую зависимость Φ/М. В качестве примера такие зависимости приведе- ны на рис. 3 для температур 8, 15 и 35 К. Видно, что величина Φ/М почти не зависит от магнитного поля. Таким образом, отношение Φ/М при определенной температуре является константой. Используя полевые зависимости вращения плоскости поляризации света и полевые зависимости намагниченности, была определе- на константа Φ/М при различных температурах, в ре- зультате чего удалось построить зависимость величины Φ/М, нормированной на толщину образца t = 110 мкм, от температуры, которая представлена на рис. 4. Видно, что в температурном интервале от 8 до 35 К величина Φ/М меняется слабо, ее среднее значение в этом интер- вале около 300 град⋅форм. ед./μВ⋅см. Тот факт, что от- ношение Φ/М является константой, свидетельствует о том, что вклад во вращение плоскости поляризации све- та определяется, по-видимому, только одной из магнит- ных подсистем ферробората тербия — подсистемой ионов железа или подсистемой ионов тербия. Чтобы определить какая из подсистем вносит опре- деляющий вклад во вращение плоскости поляризации света, оценим величины вкладов в намагниченность каждой из подсистем. Как уже упоминалось выше, подсистема ионов же- леза антиферромагнитно упорядочивается при темпе- ратуре ниже 40 К, а магнитные моменты ионов Fe3+ силами магнитной анизотропии, создаваемой подсис- темой ионов тербия, направлены вдоль тригональной Индуцированное магнитным полем вращение плоскости поляризации света в ферроборате TbFe3(BO3)4 Физика низких температур, 2011, т. 37, № 6 601 Рис. 4. Температурная зависимость величины Φ/М, нормиро- ванной на толщину образца. 8 12 16 20 24 28 32 36 0 100 200 300 400 500 T, Ê Ô /Ì , ãð àä ô î ð ì . ä ./ � e �  �ñ ì оси с. Если ограничиться двухподрешеточной моде- лью, то намагниченность подсистемы ионов железа на одну формульную единицу в магнитном поле H║c можно оценить с помощью хорошо известного выра- жения [8]: Fe Fe( ) 3 ( ( ) ( )),B S SM H g S B y B y+ −= μ + (4) Fe–Fe Fe . BH H Sg y kT ± ± + μ = (5) Здесь в (4) и (5) gFe ≈ 2 — g-фактор иона Fe3+, µB — магнетон Бора, S = 5/2 — спин иона Fe3+, HFe–Fe = = 705 кЭ — обменное поле Fe–Fe антиферромагнитного взаимодействия [5]. Используя выражения (4) и (5), нетрудно рассчитать для температур Т = 8, 10, 15, 20 и 35 К, а также магнитного поля Н = 35 кЭ значения намагниченности подсистемы ионов железа в расчете на одну формульную единицу, которые представлены в табл. 1. Таблица 1. Значения намагниченности подсистемы ионов железа в расчете на одну формульную единицу при различ- ных температурах T, К МFe, μB/форм. ед. HFe–Tb, кЭ MTb, μB/форм. ед. 8 1,347·10–5 39,3 3,067 10 1,127·10–4 38,4 3,476 15 1,737·10–3 38 3,774 20 6,361·10–3 36,1 4,024 35 3,1·10–2 21 4,206 Чтобы сравнить с намагниченностью подсистемы ионов железа, рассчитаем намагниченность подсисте- мы ионов тербия при тех же температурах 8, 10, 15, 20, 35 К и магнитном поле Н = 35 кЭ. Выше уже указыва- лось, что в отличие от подсистемы ионов железа об- менное взаимодействие Tb–Tb мало, а подсистема ио- нов тербия находится под влиянием обменного поля HTb–Fe. Для противоположно направленных магнит- ных моментов ионов Tb поля HTb–Fe направлены также противоположно. Из оптических исследований [9–11] следует, что основное состояние иона Tb это квазидуб- лет. Этот квазидублет расщеплен обменным полем HTb–Fe. Максимальная величина этого расщепления Δ при низких температурах составляет около 32 см–1, а при повышении температуры уменьшается и при ТN становится равным нулю. Минимальная разность энер- гий между основным и возбужденными состояниями составляет около 190 см–1 в ионе Tb [9]. Если основное состояние иона Tb квазидублет, хорошо отделенный от возбужденных состояний, то намагниченность подсис- темы ионов тербия в магнитном поле Н будет опреде- ляться следующим выражением [2]: eff eff Tb–Fe Tb ( ) ( ) th 2 2 B Bg g H H M H kT μ ⎡ μ +⎛ ⎞= ⋅ +⎢ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎣ eff Tb–Fe( ) th , 2 Bg H H kT μ − ⎤⎛ ⎞+ ⎥⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎦ (6) где geff = 17,8 — эффективный g-фактор основного квазидублета иона Tb3+ [10], µB — магнетон Бора. Для того чтобы оценить величину намагниченности под- системы ионов тербия для температур 8, 10, 15, 20 и 35 К, необходимо сначала определить величины HTb–Fe для этих температур. Известно, что обменное поле HTb–Fe = Δ/geff·µB, Поэтому, используя температурную зависимость расщепления квазидублета основного со- стояния иона тербия Δ, нетрудно рассчитать HTb–Fe, значения которых приведены в табл. 1. Теперь, зная HTb–Fe, можно вычислить намагниченность подсисте- мы ионов тербия в расчете на одну формульную еди- ницу в магнитном поле H = 35 кЭ, используя выраже- ние (6). Значения этих намагниченностей также представлены в табл. 1. Из полученных оценок видно, что намагниченность подсистемы ионов тербия при любой температуре превышает, по крайней мере на два порядка, намагниченность подсистемы ионов железа. Поэтому можно сделать вывод, что вклад в общую намагниченность ферробората тербия подсистемы ио- нов железа очень незначителен, а основной вклад в намагниченность вносит подсистема ионов тербия. Чтобы убедиться в этом, были сопоставлены экспери- ментальные полевые зависимости намагниченности с расчетными полевыми зависимостями намагниченно- сти подсистемы ионов тербия M(H)Tb без учета намаг- ниченности подсистемы ионов железа. Как видно на рис. 2, при температурах 8, 10 и 15 К эксперименталь- ные и расчетные зависимости хорошо совпадают. При температурах 20 и 35 К расчетные зависимости уже отклоняются от экспериментальных и проходят не- сколько ниже. Можно предположить, что при высоких температурах нельзя ограничиваться только основным В.А. Бедарев, М.И. Пащенко, А.Н. Блудов, С.Л. Гнатченко, Л.Н. Безматерных, В.Л. Темеров 602 Физика низких температур, 2011, т. 37, № 6 состоянием иона тербия — квазидублетом, и для рас- чета намагниченности необходимо учитывать возбуж- денные состояния иона тербия. Исходя из вышеизложенного, показано, что основ- ной вклад в величину намагниченности ферробората TbFe3(BO3)4 в исследованном интервале температур и магнитных полей связан с магнитной подсистемой ио- нов тербия. Поскольку отношение Φ/М постоянная величина, то основной вклад в индуцированное маг- нитным полем вращение плоскости поляризации света также связан с магнитной подсистемой ионов тербия. Поэтому константа 300 град⋅форм. ед./μВ⋅см, получен- ная из температурной зависимости Φ/М, соответствует магнитооптической константе B из выражения (1). 1. А.К. Звездин, С.С. Кротов, А.М. Кадомцева, Г.П. Воробьев, Ю.Ф. Попов, А.П. Пятаков, Л.Н. Безматерных, Е.Н. Попова, Письма в ЖЭТФ 81, 335 (2005). 2. А.К. Звездин, Г.П. Воробьев, А.М. Кадомцева, Ю.Ф. Попов, А.П. Пятаков, Л.Н. Безматерных, А.В. Кувардин, Е.Н. Попова, Письма в ЖЭТФ 83, 600 (2006). 3. M. Janoschek, P. Fischer, J. Schefer, B. Roessli, V. Pomjakushin, M. Meven, V. Petricek, G. Petrakovskii, and L. Bezmaternikh, Phys. Rev. B81, 094429 (2010). 4. S.A. Klimin, D. Fausti, A. Meetsma, L.N. Bezmaternykh, P.H.M. van Loosdrecht, and T.T.M. Palstra, Acta Crystallogr. B61, 481 (2005). 5. C. Ritter, A. Bulaev, A. Vorotynov, G. Petrakovskii, D. Velikanov, V. Temerov, and I. Gudim, J. Phys.: Condens. Matter 19, 196227 (2007). 6. Н.Ф. Харченко, А.В. Бибик, В.В. Еременко, Письма в ЖЭТФ 42, 447 (1985). 7. Б.А. Тавгер, В.М. Зайцев, ЖЭТФ 30, 564 (1956). 8. С.В. Вонсовский, Магнетизм, Наука, Москва (1971). 9. М.Н. Попова, Е.П. Чукалина, Т.Н. Станиславчук, Л.Н. Безматерных, Изв. РАН, Сер. физ. 70, 1652 (2006). 10. M.N. Popova, J. Magn. Magn. Mater. 321, 716 (2009). 11. E.A. Popova, D.V. Volkov, A.N. Vasiliev, A.A. Demidov, N.P. Kolmakova, I.A. Gudim, L.N. Bezmaternykh, N. Tristan, Yu. Skourski, B. Buechner, C. Hess, and R. Klingeler, Phys. Rev. B75, 224413 (2007). Magnetic field-induced rotation of polarization plane of light in antiferromagnetic iron borate TbFe3(BO3)4 V.A. Bedarev, M.I. Pashchenko, A.N. Bludov, S.L. Gnatchenko, L.N. Bezmaternykh, and V.L. Temerov Magnetic field dependences of rotation of polariza- tion plane of light and magnetization were studied in a single crystal of iron borate TbFe3(BO3)4. It is shown that the main contribution to the magnetic field-induced rotation of polarization plane of light is related with the terbium ions subsystem. PACS: 78.20.Ls Magnetooptical effects; 75.50.Ee Antiferromagnetics. Keywords: antiferromagnet, magnetization, rotation of polarization plane of light.

Схожі ресурси