ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР 5
1.1. Фрустрированное состояние 5
1.2. Кристаллическая структура соединения RE2Ti2O7 6
1.3. Исследование свойств магнитных пирохлоров RE2Ti2O7 7
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ 11
2.1 РОСТ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ ЗОННОЙ ПЛАВКИ 11
2.1.1. Основы метода 11
2.1.2. Подготовка заготовок для роста 13
2.2. Метод рентгеноструктурного анализа 13
2.2.1. Условие Лауэ, условие Вульфа-Брэгга 14
2.2.2. Экспериментальные методы рентгеноструктурного анализа 16
2.3. Измерение намагниченности 18
2.3.1. Методы измерения намагниченности 19
2.3.2. Вибрационный магнитометр Quantum Design 22
2.4. Измерения методом ЭПР 24
2.4.1. Спектрометр Brnker Elexsys 580 26
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ 29
3.1. Рост монокристаллов 29
3.2. Исследование намагниченности 32
3.3. Исследования методом ЭПР 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42
В соединениях с химической формулой RE2Ti2O7 редкоземельные атомы RE образуют сеть тетраэдров с общими вершинами. Эта особенность кристаллической структуры, анизотропия спинов и межспиновые взаимодействия приводят к возникновению геометрической фрустрации магнитных моментов Yb3+ в соединении Yb2Ti2O7. Аномалия в температурной зависимости теплоемкости при температуре около 200 мК [1] указывает на фазовый переход. Однако, во многих работах дальний магнитный порядок не был обнаружен ниже этой температуры.
Обнаружено, что для минимизации энергии магнитные моменты ионов Ho3+ в соединении Ho2Ti2O7 подчиняются правилу льда: в каждом тетраэдре магнитные моменты в вершинах направлены так, что два из них направлены в сторону центра тетраэдра, а два других - от центра [2]. Такое необычное состояние получило название спинового льда, поэтому в соединении Yb2Ti2O7 теоретически предсказано новое магнитное состояние, называемое квантовым спиновым льдом [3].
Целью данной работы является углубленное изучение магнитных свойств ионов Yb3+ в соединении иттербиевого пирохлора Yb2Ti2O7. Для этого в рамках данной работы было решено исследовать титанат иттрия Y2Ti2O7, допированного ионами иттербия: в первоначально диамагнитной матрице Y2Ti2O7 примесные магнитные ионы Yb3+ замещают ионы Y3+. Мы начали с малых концентраций ионов иттербия: 0.5 ат.% и 5 ат.%. Методами исследования магнитных свойств были выбраны ЭПР спектроскопия и вибрационная магнитометрия.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 45 страницах текста,
включая 19 рисунков и 2 таблицы. В первой главе приведен обзор литературы по теме диссертации и содержит разделы: фрустрированное состояние, кристаллическая структура соединения RE2Ti2O7, исследование свойств магнитных пирохлоров RE2Ti2O7. Во второй главе описаны методика роста кристаллов методом оптической зонной плавки и методы исследования выращенных кристаллов: рентгеноструктурный анализ, исследование
намагниченности методом магнитной виброметрии, исследование методом ЭПР. В третьей главе описаны полученные экспериментальные результаты: описаны условия роста кристаллов, проанализированы данные по зависимостям намагниченности ориентированных монокристаллов от величины магнитного поля и от температуры, представлены спектры ЭПР и их угловая зависимость. В заключении перечислены основные результаты.
В рамках данного исследования были исследованы магнитные свойства ионов Yb3+ в соединениях Y2Ti2O7:Yb 0.5 ат.% и Y2Ti2O7:Yb 5 ат.% методом вибрационной магнитометрии и методом ЭПР. Для этого были выращены и подготовлены к измерениям два монокристалла Y2Ti2O7, допированных ионами Yb3+ в концентрациях 0.5 ат.% и 5 ат.%. Проведенное исследование ориентированных монокристаллов методом ЭПР позволило определить компоненты аксиального g-тензора - полученные значения находятся в хорошем соответствии со значениями, полученными из исследования поликристаллического соединения Yb2Ti2O7 методом мессбауэрской спектроскопии [11], где из некоторых соображений были получены значения компонент аксиального g-тензора, прямых исследований g-тензор на данный момент не проводилось. Были проведены измерения зависимостей намагниченности монокристаллов от температуры и от величины внешнего магнитного поля при различной ориентации поля относительно кристаллографических осей. По результатам анализа этих зависимостей определены значения температуры Кюри-Вейсса, температурно независимого вклада в магнитную восприимчивость, магнитный момент одного иона Yb3+ при низкой температуре и его усредненное значение по диапазону температуры от 2 до 300 К.
Результаты работы были представлены на «Итоговой научно - образовательной конференции студентов Казанского федерального университета 2017 года» и опубликованы в сборнике тезисов и статей.
Данные по зависимостям намагниченности от температуры и от внешнего поля были переданы проф. Малкину Б.З. для расчетов кристаллического поля.
