Magnetic and magnetoelectric properties of the Tb0.75Ho0.25Fe3(BO3)4 ferroborate

Abstract

Групповым методом из раствора-расплава на основе тримолибдата висмута выращены монокристал-лы ферробората Tb 0.75 Ho 0.25 Fe 3 (BO 3 ) 4 . Исследованы его магнитные и магнитоэлектрические свойства в диапазоне температур 4.2−300 K и в магнитных полях до 9 Т. В магнитном отношении он является антиферромагнетиком с TN = 38.8 K и анизотропией типа легкая ось. Величина магнитоэлектрической поляризации оказалась больше в 1.5−2 раза, чем сумма величин поляризации, индуцированной магнитным полем, для ферроборатов TbFe 3 (BO 3 ) 4 и HoFe 3 (BO 3 ) 4 , взятых с соответствующими долями. ВведениеТригональные редкоземельные оксибораты RMe 3 (BO 3 ) 4 (где R = Y, La−Lu; M = Fe, Al, Cr, Ga, Sc) в последние годы интенсивно исследуются многими российскими и зарубежными научными группами [1][2][3][4][5][6][7]. В случае боратов с двумя магнитными подсистемами (ферробораты RFe 3 (BO 3 ) 4 ) установлена их принад-лежность к мультиферроикам [1,3,7]. Ферробораты имеют ромбоэдрическую структуру, описываемую пространственными группами R32 или P3 1 21. Ниже температуры Нееля T N = 30−40 K, спины ионов Fe 3+ антиферромагнитно упорядочиваются, редкоземельная подсистема остается неупорядоченной вплоть до температур порядка 1 K, однако за счет f −d-обмена она оказывает влияние на магнитную анизотропию ферроборатов. Ориентация магнитных моментов ионов железа относительно кристаллографических осей опре-деляется типом редкоземельного иона: реализуется либо легкоосная антиферромагнитная структура, когда спины железа упорядочены вдоль тригональной оси c (R = Dy, Tb, Pr) [2], либо легкоплоскостная структура, когда спины железа упорядочены в плоскости ab перпендикулярно оси c кристалла (R = Nd, Sm, Eu, Er, Y) [2]. Кроме того, для ферроборатов GdFe 3 (BO 3 ) 4 и HoFe 3 (BO 3 ) 4 при изменении температуры наблюдается спин-переориентационный переход от легкоосной антиферромагнитной структуры к легкоплоскостной.В связи с этим представляет интерес провести ис-следования изменения магнитной анизотропии и маг-нитоэлектрических свойств ферроборатов замещенных составов, в которых сочетаются два типа редкоземель-ных ионов, стабилизирующих структуры с различным типом магнитной анизотропии, что предположительно обеспечит большее разнообразие наблюдаемых эффек-тов и, возможно, их усиление. Например, в работе [8] показано, что максимальная величина поляризации в Ho 1−x Nd x Fe 3 (BO 3 ) 4 больше, чем в чистом HoFe 3 (BO 3 ) 4 , а в [9] экспериментальные и теоретические иссле-дования магнитных и магнитоэлектрических свойств Ho 1−x Nd x Al 3 (BO 3 ) 4 позволили проанализировать воз-можные причины уменьшения индуцированной магнит-ным полем поляризации и сделать заключение о влия-нии на магнитоэлектрические свойства оксиборатов со структурой хантита параметров кристаллического поля редкоземельного иона.Настоящая работа посвящена синтезу и экспери-ментальному исследованию новых замещенных ферро-боратов Tb 0.75 Ho 0.25 Fe 3 (BO 3 ) 4 , а также их сравнению с магнитными и магнитоэлектрическими свойствами HoFe 3 (BO 3 ) 4 и TbFe 3 (BO 3 ) 4 . • C, а ее концентрационная...