CC BY
15
УДК 546.881 7672 21:536.631
Вад.И. Суриков, Вал.И. Суриков, *Ю.В. Кузнецова, Н.А. Прокудина, О.В. Лях Омский государственный технический университет, г. Омск *Трест «Сургутнефтегеофизика», г. Сургут
МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ОРТОВАНАДАТОВ ЖЕЛЕЗА, ХРОМА, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА ПРИ ГЕЛИЕВЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Ванадий образует с кислородом, а также с окислами переходных металлов ряд соединений, обладающих целым рядом замечательных свойств. К таковым относятся оксиды ванадия (II) и (III), обладающие фазовыми переходами металл-диэлектрик (в окрестностях 340 К и 170 К, соответственно), ванадиевые бронзы, служащие, в частности, в качестве исходных материалов для синтеза твердых растворов оксида ванадия (III) с оксидами переходных металлов. Сведения о свойствах указанных материалов имеются в публикациях многих авторов [1,2]. Диоксид ванадия образует твердые растворы с оксидами переходных металлов, которые также обладают фазовыми переходами металл-диэлектрик [3]. В настоящей работе сообщается об исследованиях магнитной восприимчивости, х, другой группы соединений ванадия - ортованадатов железа (FeVO4), хрома (CrVO4), никеля (Niз(VO4)2) и кобальта (^3^4)2) в интервале температур от 4,2 до 300 К.
Образцы для исследований готовились твердофазным методом синтеза, путем спекания соответствующих окислов металлов с пятиокисью ванадия, взятых в соответствующих пропорциях. Однофазность и равновесность образцов контролировали рентгенографическим и микроскопическим методами анализов, а также по кривым дифференциального термического анализа (ДТА). Измерения магнитной восприимчивости и намагниченности проводили стандартными методами (в частности, широко распространенным методом Фарадея) с относительной погрешностью, не превышающей 1% в полях до 30 кЭ. сопротивления. На рис. 1 приведена зависимость намагниченности FeVO4 от напряженности внешнего магнитного поля при температуре 4,2 К. Как видно из полученных результатов, зависимость не является линейной, что указывает, совместно с порядком величины намагниченности, на то, что при данной температуре материал является антиферромагнетиком. Аналогичные полевые зависимости при этой температуре мы наблюдали и для других изученных ортованадатов, что указывает на антиферромагнитное упорядочение в них при температуре жидкого гелия.
На рис.2 приведены политермы магнитной восприимчивости соединений. Как видно из полученных результатов, на зависимостях х(Т) для всех изученных соединений наблюдаются
426
максимумы восприимчивости. Определенные нами из экспериментальных результатов температуры Нееля соответствуют ~20,0; 62,0; 4,6 и 4,9 К для FeVO4, CrVO4, Co3(VO4)2 и №3^4)2.
Рис. 1. Зависимость намагниченности FeVO4 от напряженности внешнего магнитного поля при Т = 4,2 К
Рис. 2. Температурная зависимость магнитной восприимчивости ортованадатов 1-БеУ04, 2-СгУ04, 3-Со3(У04)2, 4- №3(У04)2
Мы полагаем, что значительно меньшие значения температур Нееля, Тк, для Со3(У04)2 и №3(У04) по сравнению с Тк для БеУ04 и СгУ04 связано с уменьшением косвенного обмена за счет структурообразующих полиэдров.
427
Обращает на себя внимание аномальное поведение зависимостей магнитной восприимчивости ортованадатов железа и хрома ниже температуры магнитного упорядочения. Магнитная восприимчивость СгУ04 от 4,2 К до ~20 К уменьшается, а при ~ 25 К имеется незначительный максимум восприимчивости. Восприимчивость х(Т) БеУ04, начиная с 4,2 К , резко возрастает, а начиная примерно с 25 К характер зависимости ёх / dТ резко изменяется. Подобное поведение магнитной восприимчивости для БеУ04 и СгУ04 может иметь два объяснения. С одной стороны, исследованные образцы были получены в виде мелкодисперсных порошков, что может приводить к образованию микроскопических магнитоупорядоченных областей при пониженных температурах. Тогда увеличение температуры должно приводить к разрушению этих областей. В этом случае для Со3(У04)2 и №3(У04)2 такое аномальное поведение магнитной восприимчивости должно наблюдаться ниже 4,2 К, чего мы зарегистрировать в настоящей работе не можем. С другой стороны, два максимума (излома) на зависимостях х(Т) для БеУ04 и СгУ04 могут быть связаны с двумя последовательными фазовыми переходами: антиферромагнетик - антиферромагнетик и антиферромагнетик - парамагнетик. Это вполне возможно в силу низкой симметрии кристаллической решетки этих образцов. Нечто подобное изучал один из авторов для Мп5Б13, в котором наблюдается сложное некол-линеарное модулированное антиферромагнитное упорядочение [4]. Очевидно, объяснение фазовых переходов в изученных соединениях требует дополнительных исследований.
В заключение следует отметить, что температурные зависимости магнитной восприимчивости всех соединений в парамагнитном состоянии в широкой области температур хорошо описываются законом Кюри - Вейсса, а эффективные магнитные моменты Бе3+. Сг3+. Со2+ и №2+ незначительно отличаются от величины (п(п+2))12 (где п- количество неспаренных электронов), что свидетельствует о достаточно высокой локализации 3ё-электронов возле ядер переходных элементов в этих соединениях.
Библиографический список
1. Теплоемкость и магнитная восприимчивость двуокиси ванадия / Вад. И. Суриков [и др. ] // ФТТ. - 1987. - Т. 29, № 2. - С. 610-611.
2. Магнитная восприимчивость и теплоемкость У203 / Вад. И.Суриков [и др.] // ФТТ. -1982. - Т. 24, № 3. - С. 669-672.
3. Суриков, Вад. И. Старение легированного диоксида ванадия в естественных условиях / Вад. И. Суриков, Ю. В. Кузнецова, Э. М. Ярош // Материаловедение. - 2008. - № 11.-С. 37-39.
4. Суриков, Вад. И. Фазовые переходы в ортованадатах железа и хрома / Вад. И. Суриков, Вал. И. Суриков, Н. И. Коуров // ФТТ. - 1986. - Т. 28, № 2. - С. 592-593.
