Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄
В спектре ЭПР кристалла ErAl₃(BO₃)₄ при температуре 4,2 К наряду с основной обнаружена слабоинтенсивная дополнительная линия резонанса. Появление дополнительной линии связывается с возможным образованием магнитных кластеров в кристалле. У спектрі ЕПР кристала ErAl₃(BO₃)₄ при температурі 4,2 К разом...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2018 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176228 |
| 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: | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 8. — С. 1104-1107. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860208347265892352 |
|---|---|
| author | Бедарев, В.А. Меренков, Д.Н. Кобец, М.И. Попережай, С.Н. Гнатченко, С.Л. Гудим, И.А. |
| author_facet | Бедарев, В.А. Меренков, Д.Н. Кобец, М.И. Попережай, С.Н. Гнатченко, С.Л. Гудим, И.А. |
| citation_txt | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 8. — С. 1104-1107. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | В спектре ЭПР кристалла ErAl₃(BO₃)₄ при температуре 4,2 К наряду с основной обнаружена слабоинтенсивная дополнительная линия резонанса. Появление дополнительной линии связывается с возможным образованием магнитных кластеров в кристалле.
У спектрі ЕПР кристала ErAl₃(BO₃)₄ при температурі 4,2 К разом з основною виявлено слабкоінтенсивну додаткову лінію резонансу. Поява додаткової лінії пов’язується з можливим утворенням магнітних
кластерів у кристалі.
Besides the main resonance line, the additional
line was found in the EPR spectrum of the crystal
ErAl₃(BO₃)₄ at the temperature 4.2 K. The appearance
of an additional line is associated with the possible
formation of magnetic clusters in the crystal.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:13:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2018, т. 44, № 8, c. 1104–1107
Особенности электронного парамагнитного резонанса
в монокристалле ErAl3(BO3)4
В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко
Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины
пр. Науки, 47, г. Харьков, 61103, Украина
E-mail: bedarev@ilt.kharkov.ua
И.А. Гудим
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, г. Красноярск, 660036, Россия
Статья поступила в редакцию 24 апреля 2018 г., опубликована онлайн 27 июня 2018 г.
В спектре ЭПР кристалла ErAl3(BO3)4 при температуре 4,2 К наряду с основной обнаружена слабоин-
тенсивная дополнительная линия резонанса. Появление дополнительной линии связывается с возмож-
ным образованием магнитных кластеров в кристалле.
У спектрі ЕПР кристала ErAl3(BO3)4 при температурі 4,2 К разом з основною виявлено слабкоінтен-
сивну додаткову лінію резонансу. Поява додаткової лінії пов’язується з можливим утворенням магнітних
кластерів у кристалі.
PACS: 75.30.Hx Взаимодействие магнитных примесей;
76.30.–v Электронный парамагнитный резонанс и релаксация;
76.30.Kg Редкоземельные ионы и примеси.
Ключевые слова: парамагнетик, магнитный кластер, электронный парамагнитный резонанс, редкозе-
мельный ион.
Редкоземельные алюмобораты RAl3(BO3)4 (R —
редкая земля) с тригональной пространственной груп-
пой R32 ( 7
3D ) без центра инверсии обладают хорошо
выраженными нелинейными [1] и люминесцентными
[2] оптическими свойствами. Не так давно в этих кри-
сталлах был обнаружен гигантский магнитоэлектриче-
ский эффект [3]. Кроме того, совсем недавно было пока-
зано, что они являются перспективными материалами
для магнитного охлаждения [4]. Как правило, магнитное
упорядочение редкоземельных алюмоборатов происхо-
дит при очень низких температурах.
Одним из интересных представителей семейства
алюмоборатов является ErAl3(BO3)4, который остается
парамагнетиком при температуре 2 К [5]. В нем был
обнаружен большой магнитоэлектрический эффект [5].
Монокристалл ErAl3(BO3)4 демонстрирует высокоани-
зотропные магнитные свойства [5]. Следует отметить,
что оптическая и магнитооптическая спектроскопия, а
также люминесценция эрбиевого алюмобората изуча-
лись ранее [6,7], однако исследования методом элек-
тронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в литерату-
ре не представлены.
Цель данной работы заключалась в выявлении осо-
бенностей ЭПР монокристалла ErAl3(BO3)4. Исследо-
вание ЭПР в эрбиевом алюмоборате позволяет опреде-
лить величину g-фактора редкоземельного иона, что
важно для интерпретации магнитных и термодинами-
ческих свойств объекта. Резонансный метод также мо-
жет дать ценную информацию о спин-спиновом взаи-
модействии между редкоземельными ионами Er3+.
Монокристалл ErAl3(BO3)4 был изготовлен методом
раствор-расплавной кристаллизации [8]. Ориентация
кристаллических осей была определена рентгеногра-
фическим методом. Образец представлял собой пла-
стину площадью 2×3 мм и толщиной 0,2 мм. Триго-
нальная ось кристалла была перпендикулярна плоскости
пластины и совпадала с кристаллографической осью с.
Исследования спектров ЭПР проводились при темпера-
туре 4,2 К в частотном диапазоне 40–120 ГГц на ком-
плексе стандартных спектрометров прямого усиления.
© В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко, И.А. Гудим, 2018
Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl3(BO3)4
Использовалась только перпендикулярная поляризация
СВЧ поля. Внешнее магнитное поле Н создавалось
сверхпроводящим соленоидом. Приведенные в статье
данные измерений спектров получены при разных ори-
ентациях Н в плоскости, образованной осью с и осью
второго порядка а ⊥ c.
Известно, что в ErAl3(BO3)4 основным мультипле-
том иона Er3+ является 4I15/2 со спином S = 3/2, орби-
тальным моментом L = 6, полным моментом J = 15/2.
Основной дублет расщепленного кристаллическим
полем мультиплета отделен от первого возбужденного
дублета на ~ 46 см–1 [7]. Величины констант кристал-
лического поля в ErAl3(BO3)4 почти такие же, что и в
допированном эрбием монокристалле YAl3(BO3)4. В
спектре ЭПР допированного кристалла наблюдалась
только одна линия поглощения, которая связана с пе-
реходами между уровнями основного дублета [9]. По-
этому при исследовании резонансных свойств кристал-
ла ErAl3(BO3)4 можно предположить, что результат
будет аналогичным.
Действительно, как иллюстрирует рис. 1, на измерен-
ных нами спектрах ЭПР в монокристалле ErAl3(BO3)4
наблюдается интенсивная линия, связанная с перехо-
дом между уровнями нижайшего дублета. На частоте
ν = 69,00 ГГц величина поля резонанса Нr составляет в
этом случае около 30 кЭ при H║c и около 5 кЭ при
H║a (рис. 1(а)). Однако, кроме основной линии, на
представленных спектрах наблюдается еще и значи-
тельно более слабая по интенсивности дополнительная
линия. Так, ясно виден локальный максимум интен-
сивности: около 14 кЭ при H║c и около 2 кЭ при H║a.
На рис. 1(б) показано изменение спектра ЭПР на час-
тоте ν = 61,03 ГГц при отклонении Н от оси а (H ⊥ c)
вплоть до H║c. На всех спектрах наблюдается локаль-
ный максимум интенсивности, сохраняется одиночная
структура обеих линий и нет признаков их пересече-
ния. Увеличение угла между направлением Н и осью а
приводит к повышению значений Нr как для основной,
так и для дополнительной линии.
На основании экспериментальных данных, полу-
ченных нами в диапазоне частот 40–120 ГГЦ и в маг-
нитных полях до 40 кЭ, были восстановлены частотно-
полевые зависимости (ЧПЗ) ЭПР монокристалла
ЕrAl3(BO3)4 при ориентации Н вдоль и перпендику-
лярно оси с. Они представлены на рис. 2. Следует от-
метить, что дополнительная линия, в отличие от ос-
новной, имеет ненулевое начальное расщепление.
Экстраполяция экспериментальных данных в Н = 0
дает значение этого расщепления около 7 ГГц при H║c
и около 20 ГГц при H║а. По наклону зависимостей
ν(Нr) определены величины g-фактора основной и до-
полнительной линий для обеих ориентаций Н. При
H║c величина g-фактора g║ основной линии составля-
ет около 1,6, а дополнительной линии — около 3,4.
При H║а величина g-фактора g⊥ основной линии со-
ставляет около 9,5, а дополнительной — около 19,6.
Таким образом, для обеих ориентаций внешнего поля
g-фактор дополнительной линии превышает g-фак-
тор основной почти в два раза. Полученные значения
g-фактора основной линии хорошо согласуются с дан-
ными для допированного эрбием монокристалла
YAl3(BO3)4 (g║ ≈ 1,4, g⊥ ≈ 9,5) [9].
Ранее сообщалось, что при легировании кристалла
YAl3(BO3)4 эрбием ионы Er3+ могут занимать позиции
Al3+ [10]. В эрбиевом алюмоборате подобное замеще-
ние приведет к появлению групп более близко распо-
ложенных друг к другу ионов эрбия, чем в кристалли-
ческой решетке ErAl3(BO3)4, не содержащей примесей.
Рис. 1. Спектры поглощения ЭПР в монокристалле ErAl3(BO3)4,
измеренные при Т = 4,2 К: (а) внешнее поле H направлено
вдоль оси с и вдоль оси а, частота ν = 69,00 ГГц. Для удоб-
ства представления результатов интенсивность линии спек-
тра, измеренного при H║а, увеличена относительно интен-
сивности линии при H║с; (б) спектры, измеренные при
различном направлении поля Н в плоскости ас на частоте
ν = 61,03 ГГц. Цифрами указана величина угла (в градусах)
между направлением Н и осью а. Стрелками обозначены
максимумы дополнительной линии поглощения. Узкие ли-
нии соответствуют сигналу от эталонного образца дифе-
нилпикрилгидразила (ДФПГ).
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2018, т. 44, № 8 1105
В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко, И.А. Гудим
Кроме того, подобные группы могут возникнуть, на-
пример, и при внедрении ионов Er3+ в междоузлия
кристаллической решетки. Очевидно, что чем короче
расстояния между ионами, тем сильнее спин-спиновое
взаимодействие между ними. Поэтому в случае ука-
занного замещения или внедрения между спинами ио-
нов Er3+ может возникнуть корреляция, и в парамаг-
нитной матрице могут быть сформированы магнитные
кластеры. В спектре ЭПР наличие таких магнитных
кластеров как раз и может привести к возникновению
дополнительной линии с ненулевым начальным рас-
щеплением и удвоенным g-фактором [11]. На то, что
дополнительная линия связана с примесью, указывает
и соотношение между интенсивностями основной и
дополнительной линий. Интенсивность дополнитель-
ной линии на два порядка меньше интенсивности ос-
новной. Это соотношение можно считать грубой оцен-
кой количества примеси. Можно отметить, что 01–1 %
примеси вполне допустимо при росте кристалла. Еще
одним возможным косвенным подтверждением появ-
ления ионов эрбия на позициях алюминия служат дан-
ные работы [12]. Авторы указали на появление спут-
ников возле основных линий спектра поглощения в
видимой области в кристалле Er:YAl3(BO3)4 при силь-
ном допировании кристалла ионами эрбия. Эти спут-
ники они связали с Er–Er взаимодействием. Но такие
спутники могут появиться и в случае незначительного
замещения алюминия эрбием. Поскольку кристалличе-
ское поле, действующее на ионы Er3+ на позициях эр-
бия и алюминия различно, линии поглощения ионов
эрбия на позиции алюминия смещены относительно
линий поглощений ионов эрбия на своей позиции.
Таким образом, в спектрах ЭПР монокристалла
ErAl3(BO3)4 наряду с основной была обнаружена до-
полнительная резонансная линия слабой интенсивно-
сти с начальным расщеплением. Дополнительная ли-
ния наблюдалась во внешних полях, прикладываемых
в различных направлениях в плоскости, образованной
тригональной осью кристалла с и осью второго поряд-
ка а. Восстановлены частотно-полевые зависимости
ErAl3(BO3)4 для случаев, когда внешнее поле направ-
лено вдоль осей с и а. Определены величины компо-
нент аксиального тензора спектроскопического расще-
пления: для основной линии g║ ≈ 1,6, g⊥ ≈ 9,5, для
дополнительной g║ ≈ 3,4, g⊥ ≈ 19,6. Предполагается,
что появление слабоинтенсивной дополнительной ли-
нии связано с образованием магнитных кластеров.
Авторы выражают благодарность В.А. Пащенко и
В.С. Курносову за ценные советы и плодотворную
дискуссию.
________
1. P. Dekker, J.M. Dawes, J.A. Piper, Y.G. Liu, and J.Y. Wang,
Opt. Commun. 195, 431 (2001).
2. Fan Yang, Yujun Liang, Mingyu Liu, Xuejing Li, Xiaojong
Wu, and Nan Wang, Optik (Optics) 124, 2004 (2013).
3. K.-C. Liang, R.P. Chaudhury, B. Lorenz, Y. Sun, L.
Bezmaternykh, V. Temerov, and C. Chu, Phys. Rev. B 83,
180417 (2011).
4. М.И. Пащенко, В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, А.Н.
Блудов, В.А. Пащенко, T. Zajarniuk, A. Szewczyk, В.Л.
Темеров, ФНТ 43, 789 (2017) [Low Temp. Phys. 43, 631
(2017)].
5. K.-C. Liang, R.P. Chaudhury, B. Lorenz, Y.Y. Sun, L.N.
Bezmaternykh, I.A. Gudim, V.L. Temerov, and C. W. Chu,
J. Phys.: Conf. Ser. 400, 032046 (2012).
6. A.V. Malakhovskii, T.V. Kutsak, A.L. Sukhachev, A.S.
Aleksandrovsky, A.S. Krylov, I.A. Gudim, and M.S.
Molokeev, Chem. Phys. 428, 137 (2014).
7. A.V. Malakhovskii, V.V. Sokolov, and I.A. Gudim, J. Alloys
and Comp. 698, 364 (2017).
8. L.N. Bezmaternykh, V.L. Temerov, V.L. Gudim, and
N.A. Stolbovaya, Crystallogr. Rep. 50 (S1), S97 (2005).
9. A. Watterich, P. Aleshkevych, M.T. Borowiec, T.
Zayarnyuk, H. Szymczak, E. Beregi, and L. Kovacs,
J. Phys.: Condens. Matter 15, 3323 (2003).
10. V.I. Chani, M.I. Timoshechkin, K. Innoue, and T. Fukuda,
Inorg. Mater. 30, 1466 (1994).
11. М.И. Кобец, Е.Н. Хацько, В.А. Пащенко, А.С. Черный,
К.Г. Дергачев, В.Г. Борисенко, ФНТ 28, 1251 (2002) [Low
Temp. Phys. 28, 889 (2002)].
12. I. Foldvari, E. Beregi, R. Capelletti, and A. Baraldi, Phys.
Status Solidi C 2, 260 (2005).
___________________________
Рис. 2. Частотно-полевые зависимости спектра ЭПР в моно-
кристалле ErAl3(BO3)4 при Т = 4,2 К для H║с (■,●) и H║а
(□,○). Квадратные символы соответствуют основной резонанс-
ной линии, круглые — дополнительной. Для сравнения сплош-
ной прямой линией показана зависимость в ДФПГ (g = 2).
1106 Low Temperature Physics/Фізика низьких температур, 2018, т. 44, № 8
https://doi.org/10.1016/S0030-4018(01)01347-5
https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2012.06.046
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.180417
https://doi.org/10.1063/1.4985220
https://doi.org/10.1088/1742-6596/400/3/032046
https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2013.11.008
https://doi.org/10.1134/1.2133981
https://doi.org/10.1088/0953-8984/15/19/331
https://doi.org/10.1063/1.1531393
https://doi.org/10.1063/1.1531393
https://doi.org/10.1002/pssc.200460160
https://doi.org/10.1002/pssc.200460160
Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl3(BO3)4
Features of electronic paramagnetic resonance
in ErAl3(BO3)4 single crystal
V.A. Bedarev, D.N. Merenkov, M.I. Kobets,
S.N. Poperezhaj, S.L. Gnatchenko, and I.A. Gudim
Besides the main resonance line, the additional
line was found in the EPR spectrum of the crystal
ErAl3(BO3)4 at the temperature 4.2 K. The appearance
of an additional line is associated with the possible
formation of magnetic clusters in the crystal.
PACS: 75.30.Hx Magnetic impurity interactions;
6.30.–v Electronic paramagnetic resonance
and relaxation;
76.30.Kg Rare-earth ions and impurities.
Keywords: paramagnetic, magnetic cluster, electronic
paramagnetic resonance, rare-earth ion.
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2018, т. 44, № 8 1107
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-176228 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:13:15Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бедарев, В.А. Меренков, Д.Н. Кобец, М.И. Попережай, С.Н. Гнатченко, С.Л. Гудим, И.А. 2021-02-04T07:38:59Z 2021-02-04T07:38:59Z 2018 Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ / В.А. Бедарев, Д.Н. Меренков, М.И. Кобец, С.Н. Попережай, С.Л. Гнатченко, И.А. Гудим // Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 8. — С. 1104-1107. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.30.Hx, 76.30.–v, 76.30.Kg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176228 В спектре ЭПР кристалла ErAl₃(BO₃)₄ при температуре 4,2 К наряду с основной обнаружена слабоинтенсивная дополнительная линия резонанса. Появление дополнительной линии связывается с возможным образованием магнитных кластеров в кристалле. У спектрі ЕПР кристала ErAl₃(BO₃)₄ при температурі 4,2 К разом з основною виявлено слабкоінтенсивну додаткову лінію резонансу. Поява додаткової лінії пов’язується з можливим утворенням магнітних
 кластерів у кристалі. Besides the main resonance line, the additional
 line was found in the EPR spectrum of the crystal
 ErAl₃(BO₃)₄ at the temperature 4.2 K. The appearance
 of an additional line is associated with the possible
 formation of magnetic clusters in the crystal. Авторы выражают благодарность В.А. Пащенко и
 В.С. Курносову за ценные советы и плодотворную
 дискуссию. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Кpаткие сообщения Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ Features of electronic paramagnetic resonance in ErAl₃(BO₃)₄ single crystal Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ Бедарев, В.А. Меренков, Д.Н. Кобец, М.И. Попережай, С.Н. Гнатченко, С.Л. Гудим, И.А. Кpаткие сообщения |
| title | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ |
| title_alt | Features of electronic paramagnetic resonance in ErAl₃(BO₃)₄ single crystal |
| title_full | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ |
| title_fullStr | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ |
| title_full_unstemmed | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ |
| title_short | Особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле ErAl₃(BO₃)₄ |
| title_sort | особенности электронного парамагнитного резонанса в монокристалле eral₃(bo₃)₄ |
| topic | Кpаткие сообщения |
| topic_facet | Кpаткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176228 |
| work_keys_str_mv | AT bedarevva osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT merenkovdn osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT kobecmi osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT poperežaisn osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT gnatčenkosl osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT gudimia osobennostiélektronnogoparamagnitnogorezonansavmonokristalleeral3bo34 AT bedarevva featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal AT merenkovdn featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal AT kobecmi featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal AT poperežaisn featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal AT gnatčenkosl featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal AT gudimia featuresofelectronicparamagneticresonanceineral3bo34singlecrystal |