CC BY
11
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА сИзучение магнитных фазовых переходов в разбавленных ферритах.
Никелевый феррит
A.A. Опаленко1,0, А. И. Фиров1, А. Б. Коршак2, |Л. Г. Антошина]2
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, физический факультет, 1 кафедра физики твердого тела; 2 кафедра общей физики и магнитоупорядоченных сред. Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2. E-mail: "[email protected]
Статья поступила 09.03.2010, подписана в печать 16.03.2010
с
Измерены мёссбауэровские спектры никелевого феррита при значительном разбавлении его немагнитными ионами: NiGaxAlд-Fe2-2*^)4 при х = 0.5, 0.7, 0.8. В температурном диапазоне 90-295 К экспериментально найдено соотношение сил ближнего и дальнего порядка, определены температуры Кюри.
Ключевые слова: фазовый переход, мёссбауэровский спектр, никелевый феррит. УДК: 539.172; 539.621. PACS: 76.80+у, 75.50.Gg, 75.30.Et.
Л. Г. Антошина
Введение
Мёссбауэровское исследование на ядре Fe-57 для неразбавленных ферритов, например для никелевого феррита NiFe204, показывает распределение ионов FeSl по тетраэдрическим и октаэдрическим узлам кубической решетки шпинели, что проявляется в суперпозиции двух зеемановских секстетов спектра.
При исследовании никелевого феррита, разбавленного немагнитными ионами NiGas- Als- Fe2^s-04, при значениях ,t = 0, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 [1]
xlO 370
368
--!•-• 366
--;-- 364
s T= 90 К
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
хЮ4
412
410
S Т= 170 К 408 ^
406
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
362 й Т-220 К 361
S Т-220 К 367 fef
Т-295 К
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
Рис. 1. Мёссбауэровские спектры феррита никеля при л: = 0.5
Р, от. 1.002
Т= 90 К
Т= 120 К
-8.00 -4.00
4.00 8.00 V, мм/с хЮ4
316 | Г= 150 К
-8.00 -4.00
Р, от. 1.000 0.995 0.990 0.985
1 1 1 1
*
ч
и
290
288
I Т= 180 К
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
Т= 200 К
Т= 220 К
7=270 К
-8.00 -4.00
4.00 8.00 V, мм/с
Рис. 2. Мёссбауэровские спектры феррита никеля при х = 0.7
мы обнаружили, что начиная с концентрации х = 0.5 в спектрах кроме секстетов появляется дублет и его относительная доля возрастает с ростом х. Это свидетельствует о нарушении упорядоченного магнитного состояния, вызванного силами дальнего порядка, о появлении взаимодействий ближнего порядка.
Эксперимент
Проводится измерение мёссбауэровских спектров образцов феррита №Оах А1* Ре 2-^0 4 для х = 0.5
(рис. 1), х = 0.7 (рис. 2) и х = 0.8 (рис. 3) в температурном диапазоне 90 295 К. При математической обработке спектров (разложении спектра на сумму секстетов и дублетов) получаем относительную площадь секстетов, отвечающую за силы дальнего порядка.
На рис. 4 приведена температурная зависимость относительной площади секстетов (5е) для изученных составов. В случае с х = 0.5 во всем диапазоне преобладают силы дальнего порядка. Доля сил ближнего
ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
83
х10
Т= 90 К
хЮ
@ Т= 150 К 376 ^
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
хЮ'
Т= 120 К
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
к Т= 180 К 301 ^
-8.00 -4.00 0 4.00 8.00 V, мм/с
Рис. 3. Мёссбауэровские спектры феррита никеля при х = 0.8
50 100 150 200 250 300 Г, К
Рис. 4. Температурная зависимость доли зеемановских секстетов в спектрах ферритов
порядка составляет около 5% при Т = 295 К, а при Т = 90 К силы ближнего порядка исчезают совсем.
При дальнейшем увеличении концентрации немагнитных ионов картина иная. При охлаждении образца с х = 0.7 от комнатной температуры до Т = 270 К спектр состоит только из парамагнитного дублета. При дальнейшем охлаждении появляется секстет, и его доля стремительно нарастает, достигая при Т = 90 К величины 95%. Посмотрим на зависимость Sq(T) для состава с х = 0.8. В спектре преобладает парамагнитный дублет, секстет появляется только при охлаждении ниже Т = 150 К, и он весьма незначителен вплоть до Т = 90 К.
Обсуждение результатов
Подобные мёссбауэровские спектры наблюдались в работе [21 для никелевого феррита, разбавленного
ионами алюминия и хрома NiAl^Cr^Fe2-2^04 для концентрации х = 0.6, 0.8, 0.9. При комнатной температуре эти спектры состоят из суперпозиции двух секстетов и парамагнитного дублета. Интенсивность дублета увеличивается с ростом х. Те же авторы для концентраций от х = 0Л до х = 0.5 нашли преобладание взаимодействий дальнего порядка, т. е. наличие коллинеарной ферримагнитной структуры.
Полученные нами зависимости доли сил дальнего порядка от температуры (см. рис. 4) фактически дублируют кривые намагниченностей насыщения для этих образцов [1]. Таким образом, температуру Т = 270 К для состава х = 0.7 и Т = 150 К для состава х = 0.8 можно считать температурой Кюри этих соединений. На основании наших результатов, а также используя предыдущую работу [1], можно построить зависимость температуры Кюри (Тс) от степени разбавления сплава (рис. 5). Как ранее наблюдалось для малого разбавления, так и теперь для большого разбавления
0,8 х
Рис. 5. Зависимость температуры Кюри от состава феррита
температура Кюри уменьшается практически линейно с увеличением концентрации немагнитных ионов.
По результатам измерений можно сделать вывод, что в магнитной структуре разбавленных ферритов имеют место два фазовых перехода. При охлаждении в точке Кюри происходит переход из парамагнитного состояния в смешанное состояние, которое характеризуется наличием сил ближнего и дальнего порядка. Но при дальнейшем охлаждении степень ферримагнитного упорядочения нарастает, и тем быстрее, чем меньше степень разбавления феррита. И при некоторой температуре Т <ТС полностью восстанавливается ферримагнитная структура со 100% сил дальнего порядка. Для нашего образца при х = 0.5 такой температурой перехода из неупорядоченной структуры в упорядоченную ферри-магнитную является Т = 90 К (см. рис. 4). Для образца с х — 0.7 эта точка находится предположительно несколько ниже температуры жидкого азота. Для образца с х=0.8 эта температура находится значительно ниже.
Заключение
Для никелевого феррита с нарушенными магнитными связями при измерении мёссбауэровских спектров выявлена последовательность магнитных фазовых переходов, обнаружено сочетание сил дальнего и ближнего порядка. Полученные кривые зависимости относительной доли сил дальнего порядка от температуры согласуются с данными магнитных измерений для намагниченности насыщения.
Получены значения точек Кюри для ферритов со степенью разбавления х = 0.7 и х = 0.8. Температуры Кюри для разбавленных ферритов уменьшаются практически линейно от степени разбавления.
Список литературы
1. Антошина Л.Г., Евстафьева E.H., Казьмин A.C. и др. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 2006. № 5. С. 57.
2. Chhaya U.V., Triuedi В.S., Kulkarni R.G. 11 J. Mater. Sei. Lett. 1999. 18. P. 1177.
4.
Антошина Любовь Георгиевна — докт. физ.-мат. наук, доцент.
Investigation on magnetic phase transitions in the diluted ferrites. Nickel ferrite. A. A. Opalenko1 0 , A. I. Firov1, A. B. Korshak2, | L. G. Antoshina |2
1 Department of Solid State Physics; 2 Department of General Physics and Magneto-ordered Media, Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia. E-mail: a [email protected].
The Mössbauer spectra of nickel ferrite are measured at the significant dilution by nonmagnetic ions: NiGa.t Al.t Fe2^2.iO4 with x = 0.5, 0.7, 0.8. In temperature range 90-295 К the ratio of the forces of neighbor and long-range order is experimentally found, Curie temperatures are determined.
Keywords: phase transition, Mössbauer spectra, nickel ferrite. PACS: 76.80,+y, 75.50.Gg, 75.30.Et. Received 9 March 2010.
English version: Moscow University Physics Bulletin 5(2010).
Сведения об авторах
1. Опаленко Анатолий Архипович — докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр.; тел.: (495) 939-23-91, e-mail: [email protected].
2. Фиров Александр Иванович — вед. электроник; тел.: (495) 939-23-91.
3. Коршак Алексей Борисович — физик; тел.: (495) 939-23-91.
