CC BY
148
УДК 548.55+546.72
ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ БОРАТА ЖЕЛЕЗА
Д.А. Винник, Л.С. Машковцева, Д.М. Галимов, В.В. Дьячук
GROWING OF IRON BORATE SINGLE CRYSTALS
D.A. Vinnik, L.S. Mashkovtseva, D.M. Galimov, V.V. Dyachuk
Синтезированы кристаллы бората железа. Проведены исследования поверхности на электронном микроскопе и структуры методом порошковой дифрактометриии.
Ключевые слова: борат железа, выращивание из расплава, монокристаллы.
Single crystals of iron borate are synthesized. Investigations of their surface by SEM and structure by XRD are carried out.
Keywords: iron borate, flux growth, single crystals.
Введение
Борат железа на сегодняшний день является одним из наиболее интересных и привлекательных с научной точки зрения материалов. С одной стороны, его слабые ферромагнитные свойства в купе с низкой температурой Нееля делают его удобным объектом для изучения магнитных свойств [1-6], с другой - достаточно низкая стоимость и распространенность веществ, входящих в состав исходной шихты, позволяют говорить о его потенциальной широкой применимости в создании различных магнитооптических устройств [4]. Тенденции в развитии магнитной микроэлектроники подталкивают ученых к изучению поверхностных магнитных явлений [7].
Впервые монокристаллы бората железа БеБ03 были получены и исследованы в 60-х гг.
прошлого века [8, 9]. Соединение БеБ03 является слабым ферромагнетиком с температурой Нееля Тм ~ 348 К. При этом, оно сочетает в себе
а)
Рис. 1. Снимки поверхности кристалла бората
такие свойства, как магнитное упорядочивание при комнатной температуре и прозрачность в видимой области [4]. Кристалл БеБ03 имеет ромбоэдрическую структуру кальцита и принадлежит к пространственной группе симметрии
Я3е (£>3^) [3, 10-12]. Получают данные монокристаллы методом спонтанной кристаллизации из раствора.
Экспериментальная часть
Для синтеза монокристаллов бората железа были использованы оксиды железа Fe203, бора Б203 и свинца РЬ0. Кристаллы были получены методом спонтанной кристаллизации из раствора в системе РЬ0 - Б203. Выращивание проводилось на воздухе в резистивной печи в платиновых тиглях объемом 30 мл. Регулирование температуры осуществляли с помощью прецизионного ПИД-регулятора. Для измерения температуры использо-
б)
I, сделанные с увеличением: а - х1, б - х5
Винник Д.А., Машковцева Л.С., Галимов Д.М., Дьячук В.В.
Выращивание монокристаллов бората железа
а) б)
Рис. 2. Снимки поверхности кристалла бората железа, сделанные с увеличением: а - х50, б - х20 000
вали термопару ПР-30/6. Общий вес шихты составлял 20 г. Для гомогенизации раствора ростовую систему выдерживали при температуре 1000 °С в течение 2 часов, после чего включали
охлаждение со скоростью 10 ° С/ч . Полученные образцы отделяли от растворителя кипячением в азотной кислоте.
В результате двух серий экспериментов с соотношениями «кристалл - раствор» 1 : 1 и 1:2,5 были получены темные непрозрачные кристаллы. В первом случае кристаллы достигали размеров
0,5 мм. Это можно объяснить недостаточно высокой начальной температурой, что не обеспечивало эффективного перемешивание питающего раствора при данном содержании оксида бора. В результате второй серии экспериментов были получены кристаллы в виде пластин толщиной 0,1-0,2 мм, длиной до 20 мм. Концентрация БеБ03 в растворе
составляла 30 мол. %. На рис. 1 приведены фотографии, сделанные с помощью оптического микроскопа №коп с различным увеличением.
Снимки поверхностей образцов, сделанные с помощью электронного микроскопа 1ео1 18М7001Б, приведены на рис. 2. Дефектность структуры, обусловленная захватом растворителя между растущими вдоль базисной плоскости пластинами, объясняется высокими скоростями роста кристаллов. Структура полученных кристаллов была проанализирована дифрактометром ДРОН-3М и с базой данных 1С8Б. Исследование, проведенное в диапазоне углов 20 от 15 до 90°, подтвердило, что полученные кристаллы являются боратами железа БеБ03.
Заключение
Для успешного синтезирования бората железа при относительно невысоких температурах (до 1000 °С) при выращивании из раствора оптимальным является смещение соотношения компонен-
тов растворителя системы PbO - B2O3 в сторону менее вязкого оксида свинца. При выращивании на затравку данный состав растворителя также создаст лучшее перемешивание питающего раствора и тем самым обеспечит лучшее качество кристаллов.
Литература
1. Соколов, Б.Ю. Влияние неоднородных механических напряжений на доменную структуру бората железа / Б.Ю. Соколов // Физика твердого тела. - 2005. - Т. 47. - Вып. 6. - С. 1644-1650.
2. Фотомагнитные явления в слабом ферромагнитном борате железа /М.З Шарипов, Б.Ю. Соколов, Д.Э. Хайнитов и др. // Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. -2012. - № 1. - С. 25-28.
3. Transformation of the Magnetic Structure of FeBO3 under High Pressures / V.P. Glazkov, S.E. Ki-chanov, D.P. Kozlenko et al. // JETP Letters. - 2002. -Vol. 76, No. 4. - P. 215-217.
4. Sokolov, B.Yu. Effect of Low-Symmetry Mechanical Stresses on the Magnetic Properties of Iron Borate /B.Yu. Sokolov // Technical Physics. - 2006. -Vol. 51, No. 5. - P. 589-594.
5. Намагничивание аксиально-напряженного монокристалла бората железа / М.Б.Стругацкий, С.В. Ягупов, И.А. Наухацкий, Н.С. Непевная // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Физика». -2007. - Т. 20 (59), № 1. - С. 74-77.
6. Glazkov, V.P. Pressure-induced changes in magnetic structure of FeBO3 / V.P. Glazkov, S.E. Ki-chanov, D.P. Kozlenko et al. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2003. - March. - Р. 543544.
7. Ader, J.-P. On the theory of surface magnetic first-order phase transition / J.-P. Ader, A.I. Buzdin // Physics Letters A. - 2003. - Is. 3-4. - Р. 360-366.
8. Bernal, I. New transition metal borates with the
Серия «Металлургия», выпуск 19
23
calcite structure /1. Bernal, C. W. Struck, J. G. White // Acta Crystallographica. - 1963. - Vol. 16, No. 8. -P. 849-850.
9. White, J.G. Fe3BO6, a borate isostructural with the mineral norbergite / J.G. White, A. Miller, R.E. Nielsen //Acta Crystallographica. - 1965. - Vol. 19, No. 6. - P. 1060-1061.
10. Болотин, Д.Д. Сравнительный анализ кристалломагнитной структуры бората железа и гематита / Д.Д. Болотин, Е.М. Максимова, М.Б. Стругацкий // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадско-
го. Серия «Физико-математические науки». -2010. - Т. 23 (62), № 3. - С. 149-155.
11. Транспортные и оптические свойства бората железа при высоких давлениях / И.А.Троян, М.И. Еремец, А.Г. Гаврилюк и др. // Письма в ЖЭТФ. - Т. 78. - Вып. 1. - С. 16-20.
12. Максимова, Е.М. Рентгеноструктурное исследование легированных кристаллов бората железа / Е.М. Максимова // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Физика». - 2007. - Т. 20 (59), № 1. - С. 105-107.
Поступила в редакцию 10 октября 2012 г
