ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Экспериментальные исследования 6
1.2. Экспериментальные исследования, проведенные ранее 7
Глава 2 Описание образцов 13
Глава 3. Аппаратура и методика измерений 16
3.1 Емкостной дилатометр 16
3.2 Многофункциональная система измерения физических свойств (Physical
properties measured system) 19
Глава 4 Экспериментальные результаты 22
4.1 Расчет магнитострикции в монокристалле LiYbF4 22
Выводы 29
4.2 Расчет магнитострикции в монокристалле LiHoF4 31
Выводы 34
4.3 Экспериментальные результаты измерения магнитострикции в
монокристалле LiDyF4 35
Выводы 37
4.4 Экспериментальные результаты измерения магнитострикции в
монокристалле LiTmF4 37
Заключение и выводы 39
Список используемых источников 41
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Впервые значительный эффект магнитострикции был обнаружен К.П. Беловым и В.И. Соколовым в поликристаллических галла-гранатах TR3Ga5Oi2 и германатах-гранатах Sr3TR2Ge3Oi2 в 1966 году. [1,2] Позднее в поликристаллических титанатах тербия наблюдались достаточно большие значения относительного удлинения ^ = 5 1 0 “ 4 при температуре 4.2 К в поле 50 кЭ. [3] Эффект магнитострикции уже давно используется для генерации ультразвуковых колебаний, для изготовления магнитострикционных преобразователей используются материалы с большой величиной магнитострикции [4]. Одними из перспективных материалов могут стать двойные фториды редких земель. Магнитоупругие свойства двойных фторидов редких земель LiRF4 (R - редкоземельный ион) систематически изучались как экспериментально, так и теоретически с конца 1970-х годов [5-10].
Магнитооптические свойства LiRF4 активированных ионами Tb , Dy , Ho3+, Er3+, Yb3+ были исследованы и подробно проанализированы в диапазоне ультрафиолетовых и видимых длин волн. Так же было показано, что кристаллы редкоземельных фторидов имеют потенциал для покрытия растущего спроса на новые и улучшенные устройства Фарадеевского вращения в области ультрафиолетовых волн [9].
В [11-13] показано, что разбавленный кристалл LiHoxY1-xF4 является идеальным материалом для исследования квантовых фазовых переходов в неупорядоченной системе. В то время как LiYF4 немагнитен, он часто используется в лазерах в качестве материала-хозяина, легированного трехвалентными редкоземельными ионами [14].
В более ранних исследованиях было обнаружено существенное влияние магнитных полей на структуру кристаллической решетки двойных фторидов редких земель [15-17]. Данный эффект появляется только в сильных магнитных полях.
В последнее время проведены детальные исследования магнитных свойств тетрафторидов редких земель нашей научной группой [18-22]. Несмотря на, казалось бы, давнее и всестороннее исследование данных перспективных соединений, до сих пор точных и правильных данных [23] о величине магнитострикции в зависимости от магнитного поля и температуры не приводится, особенно в сильных магнитных полях и при низких температурах. Таким образом, изучение зависимости магнитострикции двойных фторидов от магнитного поля представляет собой актуальную задачу.
Целью настоящей работы является комплексное исследование магнитоупругих свойств монокристаллов двойных фторидов редких земель.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
• произвести обзор литературы;
• осуществить контроль выращенных образцов и степень их кристалличности с помощью рентгеноструктурного анализа;
• осуществить подготовку образцов для измерения магнитострикции и намагниченности LiYbF4, LiHoF4, LiDyF4, LiTmF4;
• провести измерения магнитострикции в сильных магнитных полях на уникальном оборудовании (Каназавский университет, Япония) при различных ориентациях магнитного поля относительно кристаллографических осей решетки монокристаллов в сильных магнитных полях в диапазоне температур Т=2-10 К;
• измерить полевые зависимости намагниченности монокристалла LiYbF4 диапазоне температур Т=2-300 К;
• Провести анализ результатов измерений магнитострикции с учетом электрон-деформационного взаимодействия для LiYbF4, LiHoF4, LiDyF4, LiTmF4;
• Оценить параметры электрон-деформационного взаимодействия.
Представленные в данной работе экспериментальные данные по магнитостриции были получены в университете Канадзавы (Япония) в лаборатории сверхнизких температур профессора К. Матсумото.
Были проведены эксперименты по измерению магнитострикции монокристаллов LiYbF4, LiHoF4, LiDyF4, LiTmF4 на емкостном дилатометре (Япония). Намагниченность монокристалла LiYbF4 была измерена с помощью прибора PPMS (Казань). Все расчеты выполнены при научном консультировании Б.З. Малкина.
1. Впервые измерены полевые зависимости магнитострикции монокристаллов LiYbF4, LiHoF4, LiDyF4, LiTmF4 в магнитных полях до 8 Т при Т=2, 5, 10 К в различных ориентациях магнитного поля относительно кристаллографических осей;
2. Впервые получены рекордные значения магнитострикции в монокристаллах LiDyF4 (AL/L -10");
3. Обнаружено разрушение кристаллов LiHoF4, LiDyF4 вследствии сильной анизотропии;
4. Получены линейные комбинации параметров Ag симметрии электрондеформационного взаимодействия для монокристалла LiYbF4;
5. Впервые измерены полевые зависимости намагниченностей монокристалла LiYbF4 при Т=2, 5, 10, 77, 300 К;
6. Произведен расчет полевых и температурных намагниченностей в рамках теории одноионной модели.
7. Показана необходимость учета обменного двухчастичного взаимодействия для описания измеренных полевых зависимостей магнитострикции и намагниченности в монокристалле LiYbF4.
В заключение, автор хотел бы поблагодарить научного руководителя, к.ф.-м.н., н.с. И.В. Романову - за постановку задачи и всестороннюю поддержку в исследованиях, профессора М.С. Тагирова и профессора Б.З. Малкина за помощь в обсуждение экспериментальных данных и помощь в расчетах, С.Л. Кораблеву за выращенные монокристаллы, профессора К. Матсумото и профессора С. Абе (Япония) за помощь в проведении экспериментов на емкостном дилатометре, поддержку и внимание И.Ф. Гильмутдинова за помощь в проведении экспериментов на приборе PPMS, А.Г. Киямова за проведение рентгеноструктурного анализа образцов, а также всех сотрудников кафедры КЭ и РС и лаборатории МРС за поддержку, участие
и помощь во время проведения экспериментов и работы над диссертацией. Данная работа поддержана грантом РФФИ № 18-42-160012 р_а. Намагниченность монокристалла LiYbF4 измерена на оборудовании ФЦКП ФХИ КФУ.
