Аномальный сдвиг поля магнитного резонанса в неупорядоченных и неколлинеарных магнетиках Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аномальный сдвиг поля магнитного резонанса в неупорядоченных и неколлинеарных магнетиках

Лесных Ю.И. (lyis@yandex.ru ) Тольяттинский государственный университет

Монокристаллы системы Cd1_xZnxCr2Se4 являются кубическими спиральными антиферромагнетиками (АФМ) с х > 0,46, ферромагнетиками (БЫ) с х < 0,35 и спиновыми стеклами (СС) х « 0,4. Для спиновых стекол температура перехода в спин-стекольное состояние ТЁ « 20 К. Спиновые стекла - это системы с кубической магнито-кристаллической анизотропией. Энергия Б3 анизотропии может плавно меняться от 103 до 105 эрг-см-3 в результате легирования небольшим количеством серебра. Образцы с х « 0,46, легированные серебром с концентрацией у = 2 и у = 5 молярных процента (мол.%), являются спиновыми стеклами с температурами перехода ТЁ=30К и ТЁ=37К и имеет энергию кубической анизотропии 104 и 105 эрг-см-3 соответственно.

Ранее [1] было показано, что для различных спиновых стекол при низких температурах наблюдается экспоненциальный рост ширины линии электронного парамагнитного резонанса так, что

г - г 0 = т^хЫ-£\ (1)

!0,

где Г0 - ширина линии при высокой температуре, Г и Т0 - эмпирические параметры, А1 >> А0. Аномалия Г(Т) при низких температурах интерпретировалась как результат распределения локальных полей, связанных со случайным замерзанием спинов спинового стекла. Однако не существует никакой микроскопической модели, объясняющей наблюдаемые значения Т0 и А1 . Было обнаружено, что резонансное поле Ик смещается при низких температурах на величину внутреннего

V

поля И , зависящего от температуры так, что Ик =--И , где V и у - частота СВЧ излучения и

7

гиромагнитное отношение соответственно. Внутреннее поле Иi - не зависит от ориентации кристалла. Оно неизменно положительно, как будто бы направление приложенного поля в любом случае является легкой осью. Этот важный результат не понятен, попытки объяснить это явление были сделаны в [1]. Было предположено, что однонаправленная анизотропия, наведенная в спиновом стекле внешним полем, приводит к возникновению Иi . Что касается спиновых стекол системы Cd1_xZnxCr2Se4 то в них не наблюдается однонаправленной анизотропии при исследовании с помощью магнитометра с вращающимся образцом. В этой системе нет, ни взаимодействия Дзялошинского-Мория (спин-спинового), ни значительного диполь-дипольного взаимодействия, так как кристаллы имеют кубическую симметрию. Магнито-кристаллическая энергия анизотропии не велика и она может меняться путем легирования, поэтому изучение спиновых стекол системы Сйх х2пхСт2$>вА представляет интерес.

Эксперименты проводились с помощью ЭПР спектрометра "X" диапазона. Образцы представляли собой полированные пластинки размером 2x2x0,1 мм3 и 2x2x0,2 мм3. Зависимость ширины линии от пика до пика для спиновых стекол показана на рисунке 1.

Рис.1 Зависимость ширины резонансной линии от температуры "1" - кривая X = 0,43, Еа ~103 эрг-см-3 и Т^ = 20 К ; "2" - кривая X = 0,43, легированная у = 2 мол.% серебра,

Еа ~104 эрг-см-3 и Т^ = 30 К ; "3" - кривая X = 0,46 , у = 5 мол.% серебра, Еа -105

эрг-см-3 и Т„ = 37 К .

о

Во всех экспериментах V = 9,1 ОГц. Зависимости Г(Т) удовлетворяют соотношению (1) при Т > т и испытывают излом при т « т . Заметим, что значения Г, примерно равны для разных

о о

образцов: Г ~ 10 кЭ для образцов с X = 0,43 и Г ~ 8 кЭ для образцов с X = 0,46 , то есть Г не зависит от анизотропии. Для всех образцов Т < Т^ : "1" - кривая Т0 «19К; "2" - кривая Т0 « 27К ; "3" - кривая Т0 « 26К . Аналогичные зависимости Г(Т) для неоднородных антиферромагнетиков системы Сй?1_XZnxCг2Se4 при Т > Т^, но с меньшими значениями Г и Т0, где - Неелевское время релаксации. Таким образом, Г зависит от неупорядоченности и не

зависит от анизотропии.

Интенсивность резонансной линии падает с уменьшением температуры. Она обращается в нуль при Т * . Значения Т* < 0 для спиновых стекол и Т* ~ Т^ для антиферромагнетиков.

Антиферромагнитный резонанс не наблюдается на низких частотах в "X" диапазоне из-за наличия щели в спектре возбуждения, в то время как в спиновых стеклах щели нет. Этот факт может быть использован для построения фазовой диаграммы.

Температурная зависимость амплитуды А производной резонансной линии показана на рисунке 2 для спиновых стекол.

А, усл.ед,

0 30 60 90 120 150

Рис.2 Температурная зависимость интенсивности резонансной линии для спиновых стекол. "1" - кривая X = 0,43; "2" - кривая X = 0,46, у = 2 мол.% серебра; "3" -

кривая X = 0,5 , у = 2 мол.% серебра. На рисунке 3 представлена такая же зависимость для антиферромагнетиков.

На рисунке 3 представлена такая же зависимость для антиферромагнетиков.

Рис.3. Температурная зависимость интенсивности резонансной линии для антиферромагнетиков "1" - кривая X = 0,46; "2" - кривая X = 0,5, у = 0,5 мол.%

серебра; "3" - кривая X = 0,52; "4" - кривая X = 0,8 . Зависимость Т * ('X) показана на рисунке 4.

Рис.4. Зависимость Т* от концентрации "1" - кривая для нелегированных и "2" - кривая для легированных серебром антиферромагнетиков.

Температурная зависимость И^ для спиновых стекол [2] с X = 0,46 и у = 2 мол.% серебра показана на рисунке 5.

Рис.5. Температурные зависимости резонансного И^ и внутреннего И, полей. "1" кривая - поле приложено параллельно кристаллографической оси [100]; "2" кривая - вдоль [111] и перпендикулярно плоскости пластинки (И ; "3" кривая - вдоль [100]; "4" кривая - поле

приложено вдоль [110], и приложенное поле параллельно плоскости пластинки (Ип) .

В соответствии с уравнениями Киттеля для плоского образца можно записать выражения (2):

2

V

\7;

V

Иц(Я|| + 4пМ)

= И±- 4пМ

Из этих можно видеть, чем выше намагниченность при понижении температуры, тем больше H^ и меньше Н| |. Это верно при достаточно высоких температурах, но можно видеть аномальное

падение обоих полей и Н^ при низких температурах, как будто бы дополнительное Н

добавляется к внешнему полю. Внутреннее поле Н почти не зависит от ориентации кристалла и экспериментально зависит от температуры, как показано на рисунке 5 кривая "5" . Тот же результат был получен для неоднородных антиферромагнетиков системы Сй?1_XZnxCг2$64 . Величина Нг

увеличивается при X ^ Хс . Единственное объяснение, которое мы можем предложить для

низкотемпературного сдвига резонансного поля Н^ — это позитивная изотропная объемная

АУ

стрикция парапроцесса, изученная для системы Сй?1_ ^ПХСг2 $64 в работах [3; 4]. Стрикция

при Н ~ Н^ и Т = 10 К в спиновых стеклах равна 10-4 и сопровождается увеличением ферромагнитного обмена J на величину

AJ

" 3k ' г dTc Л • K Г AV л

_ s (s +1) { dP i V j

1,5 • 10-17 эрг, (3)

где к — постоянная Больцмана, спин о = — для иона Сг 3 , р — давление, Тс — температура Кюри, дТс

-0,82К/кбар для CdCr2Se4 [5], — = 2 • 10 6 бар4 ее сжимаемость [5], тогда

Эр К

M а/

H =AHeff = "J-Ъ ^ 1 кЭ,

Ч— г

.3+

где n - концентрация ионов Cr^ . Мы используем тот факт, что позитивная объемная изотропная стрикция парапроцесса CdCr2 Se4 вблизи Tc такая же, как и для спиновых стекол этой системы

вблизи Tg [4].

о

Литература

1. E.M.Jeckson, S.B.Liao, S.M.Bhagat, J,Mag.Mag.Materials. 80(1989) 229.

2. Ю.И.Лесных, РАО ИОСО - М.:2000. с. 150-156

3. А.А.Минаков, И.В.Швец, В.Г.Веселаго, J,Mag.Mag.Materials. 87(1990) 159.

4. А.А.Минаков, И.В.Швец, INTERMAG'90, Brighton, UK, (1990) AD-01.

5. V.C.Srivastava, J.Appl. Phys. 40 (1969) 1017.