Подвижность дислокаций в кристаллах NaCl с примесями Ni и Ca в постоянном магнитном поле и в схеме ЭПР радиодиапазона Текст научной статьи по специальности «Физика»

из уравнения (2) были рассчитаны углы между векторами спинового момента и поля Земли 0* = 0 ± Д012 для каждого из пиков в спектрах. Как и ожидалось, отклонения Д012 действительно не зависят от угла 0, выставляемого в эксперименте, образуя в пределах точности эксперимента симметричные пары Д01 и ±1 ° и Д02 и ±2,5°.

Для 0 = 90° наблюдаются только два резонансных пика в этой области частот, что тоже подтверждает предположение об отклонении моментов от направления [010]. В противном случае, в этой постановке кристалла в низкочастотной области не могло бы быть резонансных пиков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А., Магнитопластический эффект: основные свойства и физические механизмы // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 826-854.

2. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел (Обзор) // ФТТ. 2004. Т. 46. Вып. 5. С. 769-803.

3. Моргунов Р.Б. Спиновая микромеханика в физике пластичности // УФН. Т. 174. № 2. С. 131-153.

4. Бучаченко А.Л., Сагдеев Р.З., Салихов КЗ. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. Новосибирск: Наука, 1978.

5. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Иванов В.Е., Жуликов С.Е., Дмитриевский А.А. Электронный парамагнитный резонанс в подсистеме структурных дефектов как фактор пластификации кристаллов №С1 // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68. Вып. 5. С. 400-405.

6. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Морозов В.А., Кац В.М., Лукин А.А. Парамагнитный резонанс в магнитном поле Земли как причина движения дислокаций в кристаллах №С1 // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. Вып. 2. С. 97-101; Резонансные перемещения дислокаций в кристаллах №С1 в условиях ЭПР в магнитном поле Земли с радиочастотным полем накачки // ФТТ. 2011. Т. 53. Вып. 10. С. 2010-2017.

7. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. Анизотропия резонансной магнитопластичности кристаллов №С1 в магнитном поле Земли // ФТТ. 2013. Т. 55. Вып. 2. С. 318-325.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа частично поддержана Президиумом РАН (Программа № 24) и РФФИ (гранты № 10-02-01099 и № 13-02-00341).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldayeva M.V., Petrzhik E.A. SPECTRA OF DISLOCATION DISPLACEMENTS IN NaCl CRYSTALS UNDER EPR TYPE EXPOSURE IN FREQUENCY RANGE 5-210 kHz

It is found that the resonance peaks of dislocation paths in NaCl crystals under the low frequency AC magnetic field crossed with the Earth field have a split structure. It is shown that the observed splitting reflects nonequivalence of impurity positions in the dislocation core.

Key words: magneto-plasticity; dislocations; dielectrics; EPR.

УДК 548.4:537.63

ПОДВИЖНОСТЬ ДИСЛОКАЦИЙ В КРИСТАЛЛАХ ^С1 С ПРИМЕСЯМИ N1 И Са В ПОСТОЯННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ И В СХЕМЕ ЭПР РАДИОДИАПАЗОНА

© В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, М.В. Колдаева,

Е.А. Петржик, Д.О. Шведченко

Ключевые слова: магнитопластичность; дислокации; диэлектрики; примеси.

Исследована магнитопластичность кристаллов №С1(Са) и №С1(№) в постоянном магнитном поле и при ЭПР воздействии в поле Земли. Показано, что при обработке кристаллов в постоянном поле подвижность дислокаций в №С1(№) значительно выше, чем в №С1(Са), а в резонансном режиме - наоборот. При этом пороговое поле накачки, начиная с которого появляется резонансная магнитопластичность, в №С1(№) вдвое ниже, чем в ШС1(Са).

Как известно [1], многие кристаллы в магнитном поле изменяют свои механические свойства. Природа этого явления, именуемого магнитопластическим эффектом (МПЭ), связана с магнитоиндуцированной трансформацией спиновых состояний примесных центров на дислокациях. Это приводит к снятию квантового запрета на определенные электронные переходы и изменяет как структуру комплекса, так и его взаимодействие с дислокацией. Такие процессы могут происходить и в постоянном магнитном поле (~1 Тл), и в резонансном режиме типа ЭПР. Первое экспериментальное наблюдение МПЭ в резонансном режиме было осуществлено [2] в кристаллах №С1, помещенных в скрещенные магнитные поля, постоянное (~0,3 Тл) и

переменное СВЧ поле на частоте ~10 ГГц. Недавно было показано [3, 4], что резонансное увеличение подвижности дислокаций существует и в радиодиапазоне, когда в качестве постоянного поля используется магнитное поле Земли.

Целью настоящей работы является изучение влияния примесей Са и N1 на резонансную подвижность дислокаций в кристаллах №С1 под действием магнитного поля Земли, скрещенного с радиочастотным полем накачки, и сопоставление этих результатов с данными для тех же кристаллов, обработанных в постоянном магнитном поле.

Исследования проводились на монокристаллах №С1 двух типов, выращенных методом Киропулоса в

1802

ЛОМО. В обоих кристаллах содержание примесей (преимущественно Ca) не превышало 10 ppm. В один из них была добавлена примесь Ni с концентрацией 0,06 ppm. Образцы, выколотые по плоскостям спайности, отжигались, химически полировались. Перед экспериментом в них вводились свежие дислокации. Начальное и конечное положение дислокаций определялось химическим травлением. Наблюдения велись за краевыми дислокациями. Магнитная обработка проводилась в двух режимах: в постоянном поле электромагнита (0^0,5 Тл) и в скрещенных магнитных полях -поле Земли BEarth и переменном поле B . Направление и величина BEarth были измерены непосредственно в месте нахождения образца; угол с вертикалью составлял =30°, амплитуда поля =50 мкТл. Переменное магнитное поле B создавалось в коаксиальной камере вокруг прямолинейного проводника с синусоидальным током. Варьировались частота (1^1,5 МГц) и амплитуда (0^6 мкТл) поля накачки, а также его ориентация в

двух позициях: B IBe^ и B ||BEarth-

На рис. 1 представлена зависимость среднего дислокационного пробега, нормированного на плотность дислокаций, от частоты v переменного поля B для кристаллов NaCl(Ni) и NaCl(Ca). Видно, что пики дислокационных пробегов имеют максимумы на одной и той же частоте, равной 1,38 МГц. Это соответствует условию ЭПР с фактором Ланде g = 2. Кривая 1 получена для случая B XBEarth для дислокаций, ортогональных обоим полям. При B ||BEarth средний пробег дислокаций в NaCl(Ni) при тех же параметрах эксперимента оказался заметно ниже (кривая 2). В кристаллах NaCl без Ni разница между пробегами дислокаций в перпендикулярных и в параллельных полях существенно меньше (точки 3, 4).

Таким образом, в кристаллах NaCl(Ca) и NaCl(Ni) с практически одинаковой концентрацией примеси Ca поворот поля B от ориентации B ^BEarth до B ||BEarth сохранял частоту резонанса, изменяя лишь высоту пика пробегов. Для дислокаций, параллельных BEarth, в обоих кристаллах пробеги оказались на уровне фона.

Наряду с кристаллами ЛОМО исследовались кристаллы NaClCa, выращенные методом Стокбаргера в

Институте физики и оптики (Венгрия) с различными концентрациями С примеси Ca (0,5, 1, 10 и 100 ppm). В этих кристаллах частота резонанса также оставалась неизменной, а зависимость высоты пика была линейной по И~[с и для перпендикулярных, и для параллельных полей, причем в первом случае наклон был в ~1,5 раза выше.

Итак, ни тип примеси, ни ее концентрация, ни угол

между B и BEarth не меняют резонансную частоту, а влияют только на амплитуду пика пробегов.

На рис. 2а показаны зависимости среднего пробега дислокаций от амплитуды B для кристаллов с примесями Ni и Са. Видно, что пробеги дислокаций в кристалле №И(Са) выше, чем в NaCl(Ni), что радикально отличается от подвижности дислокаций в тех же кристаллах в постоянном магнитном поле, где наблюдается противоположное соотношение (рис. 2б).

NaCl(Ni)

1 - В -l^arth

2 - B I BEarth

NaCl(Ca)

3 - В ^BEarth

4 - B 1 BEarth

V, МГц

Рис. 1. Зависимость среднего дислокационного пробега от частоты поля накачки. Для №С1(№): В = 3,12 мкТл, X = = 3 мин.; для №С1(Са): В = 2,5 мкТл, X = 5 мин.

Рис. 2. Зависимость среднего пробега дислокаций от квадрата магнитной индукции: (а) поля ЭПР накачки и (б) постоянного поля. На врезке: то же от времени X ЭПР экспозиции

1803

Рис. 3. Зависимость среднего дислокационного пробега от величины амплитуды поля накачки при фиксированном B2^

ЛИТЕРАТУРА

1. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Magnetop-lastic effect in nonmagnetic crystals // Dislocations in Solids / ed. by J.P. Hirth. Amsterdam: Elsevier, 2008. V. 14. P. 333-437.

2. Головин Ю.И., Моргунов Р.Б., Иванов В.Е., Жуликов С.Е., Дмитриевский А.А. Электронный парамагнитный резонанс в подсистеме структурных дефектов как фактор пластификации кристаллов NaCl // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68. № 5. С. 400-405.

3. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Морозов В.А., Кац В.М., Лукин А.А. Парамагнитный резонанс в магнитном поле Земли как причина движений дислокаций в кристаллах NaCl // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. № 2. С. 97-101; ФТТ. 2011. Т. 53. № 10. С. 2010-2017.

4. Альшиц В.И., Даринская Е.В., Колдаева М.В., Петржик Е.А. Анизотропия резонансной магнитопластичности кристаллов NaCl в магнитном поле Земли // ФТТ. 2013. Т. 55. № 2. С. 318-325.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа частично поддержана Президиумом РАН (Программа № 24) и РФФИ (гранты № 10-02-01099 и 13-02-00341).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Ранее, при экспериментах в постоянном магнитном поле было обнаружено, что величина порога поля, ниже которого МПЭ исчезает, для обоих кристаллов NaCl(Ni) и NaCl(Ca) одинакова. На рис. 3 представлена зависимость дислокационных пробегов в этих кристаллах от величины амплитуды B поля накачки, которая варьировалась вместе со временем экспозиции так, что B2t = const. Видно, что величина пороговой амплитуды поля накачки для кристаллов NaCl(Ni) в два раза меньше, чем для кристаллов без Ni. Причины различий магнитопластичности, обнаруженных в кристаллах NaCl(Ni) и NaCl(Ca) при магнитной обработке рассмотренных двух типов, еще предстоит выяснить.

Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldayeva M.V., Petrzhik E.A., Shvedchenko D.O. DISLOCATION MOBILITY IN NaCl CRYSTALS WITH Ni AND Ca IMPURITIES UNDER CONSTANT MAGNETIC FIELD AND IN EPR SCHEME OF RADIO RANGE

The magneto-plasticity of the NaCl(Ca) and NaCl(Ni) crystals is studied under a constant magnetic field and for an EPR exposure in the Earth field. It is shown that under a dc magnetic field the dislocation mobility in NaCl(Ni) is substantially higher than in NaCl(Ca), whereas an EPR treatment provides an opposite relation. And the threshold pump field of the resonance effect in NaCl(Ni) crystal is twice lower than in NaCl(Ca).

Key words: magneto-plasticity; dislocation; dielectrics; impurities.

1804