Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃

Обнаружено, что увеличение частоты переменного магнитного поля приводит в нанопроволоках ε- In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ к аномальному сдвигу максимума температурной зависимости динамической магнитной восприимчивости в противоположную сторону по сравнению с предсказаниями для термоактивированных процессов. Устано...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Дмитриев, А.И., Tokoro, H., Ohkoshi, S., Моргунов, Р.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2015
Schriftenreihe:	Физика низких температур
Schlagworte:	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122012
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ / А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 28-33. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122012
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1220122025-02-23T17:15:20Z Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ Anomalous magnetization dynamics close to the temperature of spin-reorientation transition in ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ nanowire arrays Дмитриев, А.И. Tokoro, H. Ohkoshi, S. Моргунов, Р.Б. Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань Обнаружено, что увеличение частоты переменного магнитного поля приводит в нанопроволоках ε- In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ к аномальному сдвигу максимума температурной зависимости динамической магнитной восприимчивости в противоположную сторону по сравнению с предсказаниями для термоактивированных процессов. Установлено, что наблюдаемый необычный эффект обусловлен перераспределением вкладов в динамическую магнитную восприимчивость высокотемпературной и низкотемпературной фаз, каждая из которых описывается в рамках модели кластерного стекла. В спектрах электронного спинового резонанса идентифицированы вклады, отвечающие этим фазам. Виявлено, що збільшення частоти змінного магнітного поля призводить в нанодротах ε- In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ до аномального зсуву максимуму температурної залежності динамічної магнітної сприйнятливості в протилежну сторону в порівнянні з пророкуванням для термоактивованих процесів. Встановлено, що спостережуваний незвичайний ефект обумовлено перерозподілом вкладів в динамічну магнітну сприйнятливість високотемпературної та низькотемпературної фаз, кожна з яких описується у рамках моделі кластерного скла. У спектрах електронного спінового резонансу ідентифіковано вклади, що відповідають цим фазам. An anomalous direction of the shift of the temperature maximum of magnetic susceptibility with increasing magnetic field frequency was observed in ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ nanowires arrays in spite of the prediction of the theory of thermoactivated processes. The unusual effect can be explained by the redistribution of the contributions from low- and high-temperature phases to the temperature dependence of magnetic susceptibility. The magnetic state of each of the phases is described by the model of cluster magnetic glass. Separated electron spin resonance responses of these phases were distinguished Работа поддержана грантом Президента РФ МК-1598.2014.3. 2015 Article Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ / А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 28-33. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.75.–c, 75.50.Tt, 75.50.Vv https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122012 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	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
spellingShingle	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань Дмитриев, А.И. Tokoro, H. Ohkoshi, S. Моргунов, Р.Б. Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ Физика низких температур
description	Обнаружено, что увеличение частоты переменного магнитного поля приводит в нанопроволоках ε- In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ к аномальному сдвигу максимума температурной зависимости динамической магнитной восприимчивости в противоположную сторону по сравнению с предсказаниями для термоактивированных процессов. Установлено, что наблюдаемый необычный эффект обусловлен перераспределением вкладов в динамическую магнитную восприимчивость высокотемпературной и низкотемпературной фаз, каждая из которых описывается в рамках модели кластерного стекла. В спектрах электронного спинового резонанса идентифицированы вклады, отвечающие этим фазам.
format	Article
author	Дмитриев, А.И. Tokoro, H. Ohkoshi, S. Моргунов, Р.Б.
author_facet	Дмитриев, А.И. Tokoro, H. Ohkoshi, S. Моргунов, Р.Б.
author_sort	Дмитриев, А.И.
title	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃
title_short	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃
title_full	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃
title_fullStr	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃
title_full_unstemmed	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃
title_sort	аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-in₀,₂₄fe₁,₇₆o₃
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Актуальные проблемы магнитного резонанса и его приложений: Анатоль Абрагам, Евгений Завойский, Казань
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122012
citation_txt	Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃ / А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 1. — С. 28-33. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Физика низких температур
work_keys_str_mv	AT dmitrievai anomalʹnaâdinamikanamagničennostivblizitemperaturyspinpereorientacionnogoperehodavnanoprovolokahein024fe176o3 AT tokoroh anomalʹnaâdinamikanamagničennostivblizitemperaturyspinpereorientacionnogoperehodavnanoprovolokahein024fe176o3 AT ohkoshis anomalʹnaâdinamikanamagničennostivblizitemperaturyspinpereorientacionnogoperehodavnanoprovolokahein024fe176o3 AT morgunovrb anomalʹnaâdinamikanamagničennostivblizitemperaturyspinpereorientacionnogoperehodavnanoprovolokahein024fe176o3 AT dmitrievai anomalousmagnetizationdynamicsclosetothetemperatureofspinreorientationtransitioninein024fe176o3nanowirearrays AT tokoroh anomalousmagnetizationdynamicsclosetothetemperatureofspinreorientationtransitioninein024fe176o3nanowirearrays AT ohkoshis anomalousmagnetizationdynamicsclosetothetemperatureofspinreorientationtransitioninein024fe176o3nanowirearrays AT morgunovrb anomalousmagnetizationdynamicsclosetothetemperatureofspinreorientationtransitioninein024fe176o3nanowirearrays
first_indexed	2025-11-24T02:25:58Z
last_indexed	2025-11-24T02:25:58Z
_version_	1849636850474418176
fulltext	© А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов, 2015 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1, c. 28–33 Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3 А.И. Дмитриев 1,2 , H. Tokoro 3 , S. Ohkoshi 3 , Р.Б. Моргунов 1,2 1 Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Россия 2 Московский государственный гуманитарный университет им. М.А. Шолохова ул. Верхняя Радищевская, 16-18, г. Москва, 109240, Россия E-mail: aid@icp.ac.ru 3 Department of Chemistry, School of Science, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan Статья поступила в редакцию 18 августа 2014 г., опубликована онлайн 24 ноября 2014 г. Обнаружено, что увеличение частоты переменного магнитного поля приводит в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3 к аномальному сдвигу максимума температурной зависимости динамической магнитной восприимчивости в противоположную сторону по сравнению с предсказаниями для термоактивирован- ных процессов. Установлено, что наблюдаемый необычный эффект обусловлен перераспределением вкладов в динамическую магнитную восприимчивость высокотемпературной и низкотемпературной фаз, каждая из которых описывается в рамках модели кластерного стекла. В спектрах электронного спиново- го резонанса идентифицированы вклады, отвечающие этим фазам. Виявлено, що збільшення частоти змінного магнітного поля призводить в нанодротах ε-In0,24Fe1,76O3 до аномального зсуву максимуму температурної залежності динамічної магнітної сприйнятливості в про- тилежну сторону в порівнянні з пророкуванням для термоактивованих процесів. Встановлено, що спо- стережуваний незвичайний ефект обумовлено перерозподілом вкладів в динамічну магнітну сприй- нятливість високотемпературної та низькотемпературної фаз, кожна з яких описується у рамках моделі кластерного скла. У спектрах електронного спінового резонансу ідентифіковано вклади, що відповідають цим фазам. PACS: 75.75.–c Магнитные свойства наноструктур; 75.50.Tt Тонкодисперсные системы; нанокристаллические материалы; 75.50.Vv Высококоэрцитивные материалы. Ключевые слова: нанопроволоки, магнитная анизотропия, спиновый резонанс, спиновое стекло. 1. Введение Способ получения новой (четвертой) фазы оксида железа (III) ε-Fe2O3 в чистом виде найден совсем не- давно [1]. В этой экзотической фазе, существующей только в виде наночастиц, обнаружена гигантская ко- эрцитивная сила (до 23,4 кЭ при комнатной темпера- туре) [2] и естественный ферромагнитный резонанс в нулевом внешнем магнитном поле [3,4]. В ε-Fe2O3 при температуре Т ниже 110 К происходит магнитный фа- зовый переход, который приводит к значительному уменьшению коэрцитивной силы и намагниченности [5–8]. В работе [6] высказаны предположения о том, что в ε-Fe2O3 происходит не один, а три фазовых пере- хода. В то время как спин-переориентационный маг- нитный фазовый переход [5–8], подобный переходу Морина в α-Fe2O3 [9,10], хорошо известен, причины двух остальных магнитных переходов до сих пор ос- таются невыясненными. В эксперименте они проявля- ют себя в виде перегибов на температурной зависимо- сти магнитного момента ε-Fe2O3 при температурах ниже 110 К [6]. Кроме того, этим двум переходам со- ответствуют два пика на температурных зависимостях mailto:aid@icp.ac.ru Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 29 динамической магнитной восприимчивости в ε-Fe2O3 [6]. Частотная зависимость динамической магнитной восприимчивости ε-Fe2O3 исследована в работе [7], где было установлено, что увеличение частоты f перемен- ного магнитного поля приводит к парадоксальному уменьшению температуры максимума Tmax на темпе- ратурных зависимостях действительной и мнимой час- тей магнитной восприимчивости. Наблюдаемая в рабо- те [7] аномальная зависимость Tmax (f) противополож- на той, которая обычно наблюдается в суперпарамаг- нетиках или спиновых стеклах [11,12], и противоречит представлениям, развитым для термоактивационных процессов перемагничивания. Механизм аномальной зависимости Tmax (f) в ε-Fe2O3 до сих пор остается не- известным. Значительный интерес представляют также магнито- разбавленные соединения типа ε-MexFe2–xO3. Примесь немагнитного металла Me (In, Al или Ga) качественно не изменяет свойств ε-Fe2O3, однако позволяет управ- лять фундаментальными параметрами (резонансным полем, магнитной кристаллической анизотропией и др). Спин-переориентационный переход [13] и аномальная частотная зависимость динамической магнитной вос- приимчивости [14] наблюдаются в массивах нанопрово- лок ε-In0,24Fe1,76O3. Рост концентрации примеси In при- водит к увеличению температуры спин-переориента- ционного перехода и уменьшению коэрцитивной силы [15,16]. В массивах нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3 спин- переориентационный переход наблюдается при Т = = 190 К, а коэрцитивная сила при комнатной температу- ре составляет 6 кЭ [13,14]. Целями работы являются разделение вкладов вы- сокотемпературной и низкотемпературной фаз в ди- намическую магнитную восприимчивость нанопрово- лок ε-In0,24Fe1,76O3, поиск магниторезонансного отк- лика на магнитный фазовый переход, установление механизма аномального уменьшения температуры мак- симума на температурных зависимостях действитель- ной и мнимой частей динамической магнитной воспри- имчивости при увеличении частоты переменного маг- нитного поля. 2. Методика экспериментов и приготовления образцов Нанопроволоки ε-In0,24Fe1,76O3 длиной (80 ± 40) нм и диаметром (35 ± 15) нм (рис. 1) были изготовлены путем использования двух методов — синтез в обратных ми- целлах и золь-гель методом [15,16]. Нанопроволоки вырастали в растворе обратных мицелл, содержащем нитраты железа и индия. Аттестацию нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3 проводили методами масс-спектро- метрии, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции [15,16]. Нанопроволоки име- ют орторомбическую кристаллическую структуру с че- тырьмя неэквивалентными катионными позициями ио- нов Fe 3+ . Одна из них имеет тетраэдрическое окружение, а три другие — октаэдрическое окружение. Ионы индия являются примесью замещения и встраиваются в октаэд- рические позиции ионов железа. Спектры электронного спинового резонанса получе- ны на спектрометре JEOL, работающем в X-диапазоне (частота микроволнового поля ν = 9,4 ГГц), с прямо- угольным резонатором типа H102, частотой модуляции 100 кГц и диапазоном развертки постоянного магнитно- го поля 0–14 кЭ. Спектры электронного спинового ре- зонанса регистрировались в виде первой производной мнимой части магнитной восприимчивости dχ''/dT. Тем- пература изменялась в интервале 4–300 К в криостате ESR 910 Oxford Instruments. С помощью СКВИД магнитометра MPMS 5XL Quantum Design были измерены температурные зави- симости действительной χ' и мнимой χ'' частей маг- нитной восприимчивости в переменном магнитном поле с амплитудой 4 Э. Температура изменялась от 2 до 300 К. Частоты переменного магнитного поля составляли 1–1400 Гц. 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение 3.1. Динамика намагниченности нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3 в переменном магнитном поле На рис. 2(а),(б) изображены температурные зави- симости действительной χ' и мнимой χ'' частей дина- мической магнитной восприимчивости нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3 в переменном магнитном поле. В ок- рестности магнитного фазового перехода, обнару- женного ранее в работах [13,14], имеется максимум Рис. 1. Изображение нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3, получен- ное на просвечивающем электронном микроскопе. А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов 30 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 на зависимостях χ'(T) и χ''(T). Наблюдается необычное уменьшение температуры максимума Tmax при увели- чении частоты f переменного магнитного поля (рис. 2, 3). В других структурах (спиновые стекла, суперпарамагнитные наночастицы, мономолекуляр- ные магнетики, спиновые цепочки и др.) наблюдается обратная ситуация: с увеличением частоты f перемен- ного магнитного поля происходит увеличение темпе- ратуры максимума Tmax, которое описывается форму- лой Аррениуса f = f0exp(–E/kBT) либо другими возрастающими функциями [11,12]. Отметим, что изменение частоты переменного магнитного поля не влияет на температуру спин-переориентационного перехода Морина в гематите α-Fe2O3, регистрируемо- го на температурных зависимостях динамической магнитной восприимчивости в переменном магнит- ном поле [17,18]. Поэтому наблюдаемый нами и авто- рами работы [7] частотно-зависимый пик отвечает не самому спин-переориентационному переходу в нано- проволоках ε-In0,24Fe1,76O3, а другим переходам, об- наруженным ранее в чистых образцах ε-Fe2O3 [6]. Наблюдаемый пик (рис. 2) есть сумма двух уширен- ных пиков, описываемых гауссианами. Эти пики со- ответствуют высокотемпературной (HT) и низкотем- пературной (LT) фазам с различными весовыми коэффициентами aHT и aLT. Значение коэффициента aHT уменьшается в процессе спин-переориентацион- ного перехода, а aLT возрастает. Значение температу- ры максимума определяется выражением . HT HT LT LT max HT LT a T a T T a a Высокотемпературной фазе соответствует максимум THT, низкотемпературной — максимум TLT. Любая из формул, приведенных в [11,12], устанав- ливает связь между частотой собственных термиче- ских спиновых флуктуаций (или флуктуаций магнит- ного момента — «суперспина») и температурой. Чем выше температура образца, тем выше частота собст- венных термических спиновых флуктуаций f (поэтому зависимость f(T) должна быть возрастающей). Изменяя температуру образца, удается получать совпадение средней частоты собственных термических спиновых флуктуаций и частоты переменного магнитного поля, наблюдая своего рода тепловой резонанс, который проявляется в виде максимума магнитной восприим- чивости при температуре Tmax. Если частоту внешнего переменного магнитного поля изменить (умень- шить/увеличить), то «резонанс» возникнет при другой температуре Tmax (меньшей/большей). При попытке описать температурную зависимость в рамках одномо- Рис. 2. Температурные зависимости действительной χ' (a) и мнимой χ" (б) частей динамической магнитной восприимчи- вости при 1 и 300 Гц. Магнитные восприимчивости χ' и χ'' нормированы на значения в максимумах. Сплошными чер- ными линиями показаны аппроксимации зависимостей χ''(T) суммой гауссианов. Отдельно показаны зависимости χ''(T), описываемые функциями Гаусса для высокотемпературной и низкотемпературной фаз. Вертикальной пунктирной линией отмечена температура спин-переориентационного перехода. Рис. 3. Зависимости температуры максимума Tmax мнимой части χ" динамической магнитной восприимчивости от часто- ты f переменного магнитного поля (). Отдельно показаны зависимости Tmax(f) для высокотемпературной и низкотемпе- ратурной фаз. Сплошные линии — соответствующие аппрок- симации. Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 31 дального распределения резонансных температур, полу- чается обратная зависимость T(f). Если же принять, что температурный максимум состоит из двух компонент, вклады которых при увеличении температуры перерас- пределяются, то зависимость T(f) для каждого из вкла- дов в отдельности становится убывающей при правиль- ном подборе весовых коэффициентов aHT(T) и aLT(T) (рис. 4). Охлаждение вызывает уменьшение частот термиче- ских спиновых флуктуаций в обеих фазах и температур THT и TLT. Доля aHT высокотемпературной фазы (ей от- вечает низкотемпературный пик) уменьшается, а доля aLT низкотемпературной фазы (ей отвечает высокотем- пературный пик) увеличивается при понижении темпе- ратуры. В этих условиях максимум огибающей суммы двух гауссианов сдвигается к высоким температурам, т.е. в направлении, противоположном нормальному. Остается вопрос, какую зависимость THT(f) и TLT(f) следует выбрать для описания поведения каждой из фаз. «Быстрая» зависимость Аррениуса для каждой из фаз не подходит, так как при ее выборе оказывается невозможным подобрать вклады aHT и aLT, приводя- щие к наблюдаемому смещению положения результи- рующего пика Tmax(f). Из приведенных в литературе зависимостей подходит функция f = f0[(T – Tf)/Tf] zν , обычно применяемая для описания суперспиновых (кластерных) стекол [11,12]. Здесь f0 — частота собст- венных термических флуктуаций магнитного момента («суперспина»), Tf — температура замерзания супер- спинового стекла, zν — критический показатель. В обычных спиновых стеклах zν ~ 4–12 [19], f0 ~ 10 –13 с [20]. Кластерное стекло подобно обычному спиновому стеклу, за тем лишь исключением, что в кластерном стекле флуктуируют (и замерзают) не отдельные спи- ны, а магнитные моменты («суперспины») коллективов атомов (наночастиц). Переход в состояние кластерного стекла наблюдается в ансамблях наночастиц с большой долей поверхностных атомов, с разбросом осей легко- го намагничивания и межчастичным взаимодействием. Ранее состояния кластерного стекла были обнаружены в массивах наночастиц маггемита γ-Fe2O3 [21,22] и впол- не ожидаемы в исследуемых нами нанопроволоках. В нашей работе согласие расчетной зависимости Tmax(f) с экспериментальной (при зависимостях aHT(T) и aLT(T), изображенных на рис. 4) наблюдается при значе- ниях zν = 3 и f0 ~ 10 –12 с для обеих фаз. Температуры замерзания Tf в высокотемпературной и низкотемпера- турной фазах равны 187 и 190 К соответственно. Таким образом, аномальную частотную зависимость динами- ческой магнитной восприимчивости вблизи темпе- ратуры спин-переориентационного перехода в нано- проволоках ε-In0,24Fe1,76O3 удается описать в рамках модели двухфазного кластерного стекла при параметрах модели, близких к описанным в литературе. 3.2. Электронный спиновый резонанс в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3 Для разделения вкладов высокотемпературной и низкотемпературной фаз в динамическую магнитную восприимчивость нами были получены спектры электронного спинового резонанса в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3, изображенные на рис. 5, при темпе- ратурах 6 и 295 К. При низких температурах спектр состоял из двух линий. В спектре наблюдалась линия вблизи нулевого магнитного поля, отмеченная на рис. 5 стрелкой. Ее происхождение может быть свя- зано с естественным ферромагнитным резонансом в нулевом магнитном поле, обнаруженным ранее [3,4]. Вторая линия отвечает электронному спиновому резо- нансу в низкотемпературной фазе. Положение этой линии, определяемое резонансным полем Hres ~ 2,7 кЭ, не зависело от температуры (рис. 6(б)). Для определе- ния количества низкотемпературной фазы вычисляли Рис. 4. Температурные зависимости вкладов a высокотемпе- ратурной и низкотемпературной фаз в мнимую часть χ" ди- намической магнитной восприимчивости. Рис. 5. Спектры электронного спинового резонанса при тем- пературах 6 К () и 295 К (). Резонансная линия, соответ- ствующая низкотемпературной фазе, обозначена LT. Резо- нансная линия, соответствующая высокотемпературной фазе, обозначена HT. А.И. Дмитриев, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов 32 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 произведение магнитной восприимчивости и темпера- туры χ"T, пропорциональное эффективному магнитно- му моменту (рис. 6(а)). Магнитную восприимчивость χ" с точностью до постоянного множителя получали как произведение квадрата ширины линий H, опреде- ляемой «от пика до пика», и амплитуды A: χ" ~ H 2 A. Произведение χ"T, пропорциональное доле низкотем- пературной фазы, убывало при повышении температу- ры (рис. 6(а)) точно так же, как величина aLT (рис. 4). При повышении температуры в спектре электронно- го спинового резонанса нанопроволок ε-In0,24Fe1,76O3 возникала другая линия, отвечающая высокотемпера- турной фазе, с резонансным полем Hres ~ 1 кЭ (рис. 5). Положение этой линии в спектре также не зависело от температуры, а произведение χ"T возрастало при повы- шении температуры (рис. 6) точно так же, как величина aHT. Таким образом, наблюдается переход из низкотем- пературной в высокотемпературную фазу в экспе- риментах по электронному спиновому резонансу, кото- рые подтверждают данные, полученные при исследо- вании динамической магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле. Положение резонансных линий при прочих посто- янных условиях зависит от угла θ между осью легко- го намагничивания (ОЛН) образца и постоянным магнитным полем спектрометра. Чем больше угол θ, тем сильнее положение линии отклоняется от резо- нансного поля 3,3 кЭ, соответствующего g-фактору, равному 2. Ранее было показано, что в окрестности Т = =190 К в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3 происходит спин-переориентационный фазовый переход, заклю- чающийся в повороте оси легкого намагничивания, вы- званном конкуренцией одноионной и диполь-дипольной магнитной анизотропий [13]. При низких температурах ОЛН всех нанопроволок направлены вдоль их осей (оси c) и образуют некоторый угол θ с направлением магнитного поля спектрометра (рис. 5). Повышение температуры вызывает постепенный поворот ОЛН в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3, помещенных в спек- трометр с фиксированным направлением постоянного магнитного поля, что приводит к увеличению θ (рис. 5). При высоких температурах ОЛН всех нанопроволок массива перпендикулярны осям нанопроволок и обра- зуют уже больший угол θ с направлением магнитного поля спектрометра. Поэтому низкотемпературной и вы- сокотемпературной фазам в спектре электронного спи- нового резонанса соответствуют линии с различными резонансными полями. Обсуждаемый переход из низко- температурной в высокотемпературную фазу сильно «размазан» по температурной шкале из-за разброса по размерам отдельных нанопроволок. В окрестности 190 К в массиве встречаются нанопроволоки с различ- ными направлениями легких осей (смесь фаз), поэтому при промежуточных температурах в спектре одновре- менно наблюдаются две линии магнитного резонанса. 4. Выводы Спин-переориентационный переход, проявляющий- ся в повороте оси легкого намагничивания, приводит к существенной перестройке спектра электронного спи- нового резонанса в нанопроволоках ε-In0,24Fe1,76O3. Понижение температуры приводит к уменьшению ин- тегральной интенсивности резонансной линии, отве- чающей высокотемпературной фазе и увеличению ин- тегральной интенсивности резонансной линии, отве- чающей низкотемпературной фазе. При самых низких температурах в спектре наблюдается дополнительная линия вблизи нулевого магнитного поля, происхожде- ние которой может быть связано с естественным фер- ромагнитным резонансом в нулевом магнитном поле. Увеличение частоты переменного магнитного поля приводит к уменьшению температуры максимума оги- бающей суммы двух пиков, отвечающих высокотемпе- ратурной и низкотемпературной фазам на температур- ной зависимости динамической магнитной восприим- чивости. Температурные зависимости весовых коэф- фициентов этих фаз отвечают естественному термо- активационному поведению, описываемому в рамках модели суперспинового стекла. Работа поддержана грантом Президента РФ МК-1598.2014.3. 1. J. Jin, S. Ohkoshi, and K. Hashimoto, Adv. Mater. 16, 48 (2004). 2. S. Sakurai. J.-I. Shimoyama, K. Hashimoto, and S. Ohkoshi, Chem. Phys. Lett. 458, 333 (2008). 3. S. Ohkoshi, S. Kuroki, S. Sakurai, K. Matsumoto, K. Sato, and S. Sasaki, Angew. Chem. 46, 8392 (2007). Рис. 6. Температурные зависимости произведения χ"T (а) и резонансного поля Hres (б) для высокотемпературной и низ- котемпературной фаз. Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 1 33 4. A. Namai, S. Sakurai, M. Nakajima, T. Suemoto, K. Mat- sumoto, M. Goto, S. Sasaki, and S. Ohkoshi, J. Am. Chem. Soc. 131, 1170 (2009). 5. J. Tucek, R. Zboril, A. Namai, and S. Ohkoshi, Chem. Mater. 22, 6483 (2010). 6. M. Gich, C. Frontera, A. Roig, E. Taboada, E. Molins, H.R. Rechenberg, J.D. Ardisson, W.A.A. Macedo, C. Ritter, V. Hardy, J. Sort, V. Skumryev, and J. Nogues, Chem. Mater. 18, 3889 (2006). 7. M. Kurmoo, J.-L. Rehspringer, A. Hutlova, C. D’Orleans, S. Vilminot, C. Estournes, and D. Niznansky, Chem. Mater. 17, 1106 (2005). 8. S. Sakurai, J. Jin, K. Hashimoto, and S. Ohkoshi, J. Phys. Soc. Jpn. 74, 1946 (2005). 9. J.O. Artman, J.C. Murphy, and S. Foner, Phys. Rev. 138, A912 (1965). 10. F.J. Morin, Phys. Rev. 78, 819 (1950). 11. J.L. Dormann, D. Fiorani, and E. Tronc, Adv. Chem. Phys. 98, 283 (1997). 12. O. Petracic, Superlatt. Microstruct. 47, 569 (2010). 13. А.И. Дмитриев, О.В. Коплак, A. Namai, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов, ФТТ 56, 1735 (2014). 14. А.И. Дмитриев, О.В. Коплак, A. Namai, H. Tokoro, S. Ohkoshi, Р.Б. Моргунов, ФТТ 55, 2140 (2013). 15. S. Sakurai, S. Kuroki, H. Tokoro, K. Hashimoto, and S. Ohkoshi, Adv. Funct. Mater. 17, 2278 (2007). 16. K. Yamada, H. Tokoro, M. Yoshikiyo, T. Yorinaga, A. Namai, and S. Ohkoshi, J. Appl. Phys. 111, 07B506 (2012). 17. L. Suber, P. Imperatori, A. Mari, G. Marchegiani, M. Vas- quez Mansilla, D. Fiorani, W.R. Plunkett, D. Rinaldi, C. Cannas, G. Ennasd, and D. Peddis, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 6984 (2010). 18. T.S. Berquo, R.A.L. Imbernon, A. Blot, D.R. Franco, M.C.M. Toledo, and C.S.M. Partiti, Phys. Chem. Minerals 34, 287 (2007). 19. K. Nadeem, H. Krenn, T. Traussing, and I. Lefotsky-Papst, J. Appl. Phys. 109, 013912 (2011). 20. M.H. Phan, N.A. Frey, H. Srikanth, M. Angst, B.C. Sales, and D. Mandrus, J. Appl. Phys. 105, 07E308 (2009). 21. D. Parker, V. Dupuis, F. Ladieu, J.-P. Bouchaud, E. Dubois, R. Perzynski, and E. Vincent, Phys. Rev. B 77, 104428 (2008). 22. E. Tronc, D. Fiorani, M. Nogues, A.M. Testa, F. Lucari, F. D’Orazio, J.M. Greneche, W. Wernsdorfer, N. Galvez, C. Chaneac, D. Mailly, and J. P Jolivet, J. Magn. Magn. Mater. 262, 6 (2003). Anomalous magnetization dynamics close to the temperature of spin-reorientation transition in ε-In0.24Fe1.76O3 nanowire arrays A.I. Dmitriev, H. Tokoro, S. Ohkoshi, and R.B. Morgunov An anomalous direction of the shift of the tempe- rature maximum of magnetic susceptibility with in- creasing magnetic field frequency was observed in ε-In0.24Fe1.76O3 nanowires arrays in spite of the pre- diction of the theory of thermoactivated processes. The unusual effect can be explained by the redistri- bution of the contributions from low- and high-tem- perature phases to the temperature dependence of magnetic susceptibility. The magnetic state of each of the phases is described by the model of cluster magnetic glass. Separated electron spin resonance re- sponses of these phases were distinguished. PACS: 75.75.–c Magnetic properties of nano- structures; 75.50.Tt Fine-particle systems; nanocrystalline materials; 75.50.Vv High coercivity materials. Keywords: nanowires, magnetic anisotropy, spin reso- nance, spin glass.

Аномальная динамика намагниченности вблизи температуры спин-переориентационного перехода в нанопроволоках ε-In₀,₂₄Fe₁,₇₆O₃

Institution

Ähnliche Einträge