из парамагнитного |
в антиферромагпитное состояние. |
При 8 6 ° К в RbFeF3 |
скачком появляется спонтанная на |
магниченность, достигающая 0.515 ß при 1.46° К. Наблю даемый спонтанный момент может быть следствием либо антиферромагнитного упорядочения со слабым ферромаг нитным моментом, либо результатом ферримагнитного упорядочения.
Оптическое поглощение RbFeF3 было изучено в области
|
|
|
|
|
|
от 0.3 до 10 мкм [62]. В инфракрасной части спектра кри |
|
Показатель |
сталлы обладают хоро |
|
шей прозрачностью (а = |
|
|
|
|
= 1 см-1), в области 7020 |
|
|
и 9720 см-1 |
наблюдают |
|
|
ся полосы |
поглощения, |
|
|
обусловленные |
элек |
|
|
тронными |
переходами |
|
|
Рпс. 5.22. Дисперсия пока |
|
|
зателя преломления, опти |
|
|
ческого поглощения (а) и |
|
|
эффекта Фарадея |
(аіЬ) |
|
|
в RbFeF3. |
|
ъТ„д^> ъЕдъ ионах Fe2+ в октаэдрическом кристаллическом
поле. Наблюдаемое расщепление около 2700 см-1 связано, очевидно, с эффектом Яна—Теллера в возбужденном состоя нии ъЕд. При более высоких частотах наблюдаются слабые
максимумы, вызванные спин-запрещенными электрон ными переходами.
Кристаллографические искажения RbFeF3 оказались не столь большими и в нем удалось измерить ЭФ [64] и
ЭКМ [65].
Эксперименты по ЭФ были выполнены на образцах с направлением света и магнитного поля вдоль кубической оси [100]. Магнитное вращение при приближении к краю
поглощения возрастает, достигая при 3000 Â значений, порядка 3 400°/см в полях около 0.3 кэ (рис. 5.22).
Слабый ферромагнетизм характерен для |
кристаллов |
с достаточно низкой кристаллографической |
симметрией, |
и поэтому магнитооптические явления в таких кристаллах, как правило, должны сопровождаться естественным дву-
преломлением света. Об изучении |
оптических явлений |
в ортоферритах уже писалось выше, |
здесь мы упомянем |
онаблюдении ЭФ в одноосных аитиферромагнетиках FeF3
иFeB03.
Кристаллы FeF3 при температуре 410° С подвергаются фазовому переходу из кубической в ромбоэдрическую фазу, что сопровождается двойникованием кристаллов [6 6 ]. Изменение структуры может быть описано удлинением одной из пространственных диагоналей [1 1 1 ] кубической ячейки. Температура Кюри FeF3 была^ определена Тс = =365° К. Ниже Тс направление легкого намагничивания лежит в базисной плоскости, небольшой скос спинов под решеток приводит к появлению слабого ферромагнитного момента 4щ1'/8=40 гс при комнатной температуре. Анизо тропия в базисной плоскости составляет примерно 0 . 0 1 э,
поле |
переворота спинов из плоскости |
к оси — около |
300 |
000 э, по данным ферромагнитного |
резонанса [67]. |
Это большое значение поля анизотропии приводит к вы соким частотам ферромагнитного резонанса уже в малых внешних Полях, что в сочетании с узкой ширипой линии резонанса, малой анизотропией в плоскости и малым зна чением спонтанного момента делают кристалл FeF3 перспек тивным для высокочастотных магнитооптических приме нений.
Оптическое поглощение и ЭФ FeF3 при комнатной тем пературе показано на рис. 5.23 [6 8 ]. Для длин волн между 0.7 и 2.5 мкм поглощение было меньше 1 см-1. В этом от ношении FeF3 является наиболее прозрачным из кристал лов, обладающих спонтанным моментом при комнатной температуре (близкими свойствами обладает также FeB03). Наблюдаемые полосы поглощения обусловлены электронными переходами в ионах Fe3+ (конфигурация d5).
Дисперсию ЭФ оказалось возможным описать простым
резонансным выражением с частотой шрѳз — 1930 А. Интересно отметить, что аномальная дисперсия в области полос поглощеиия^не наблюдалась. В свою очередь по лосы поглощения обнаруживают расщепление при пони жении температуры.
Кристалл FeB03 (7’с=348° К) обладает близкими к FteF3 магнитными и магнитооптическими свойствами [69]. Он кристаллизуется в ромбоэдрической структуре, спины и слабый ферромагнитный момент лежат в базисной пло скости. Оптическое поглощение и ЭФ для этого кристалла
28 Физика магнитных диэлектриков |
425 |
показаны на рис. 5.24. За счет высокой точности измерений авторам работы 17U] удалось наблюдать небольшую ано мальную дисперсию ЭФ в области полос поглощения на
Рис. 5.23. Крпсталлографпческое двупреломлешіе, оптивеское поглощение (а) и эффект Фарадея (Иф) в ромбоэдрическом кристалле FeFs.
Рис. 5.24. Коэффициент поглощенпя и эффект Фарадея (при 77 и 293°) в слабом ферромагнетике
FeB03.
Отметим, что небольшой по величине ЭФ наблюдался в двух других слабых ферромагнетиках типа «легкая плоскость» в МпС03 [71) и a-Fe20 3 [72].
Магнитооптические явлеппя в скомпенсированных аитінферромагпетнках
Известно значительно меньше магнитооптиче ских исследований скомпенсированных антиферромагне тиков, чем ферритов или аытиферромагнетиков со слабым ферромагнетизмом. Это можно объяснить тем, что линей ные явления должны быть малыми из-за компенсации вкладов двух нодрешеток, а квадратичные по намагничен ности эффекты лишь в последнее время привлекли внима ние исследователей.
Исследования ЭФ
ЭФ в скомпенсированном антиферромагнетике MnF2 со спинами подрешеток, направленными вдоль оптической оси кристалла (точечная группа D4A
TN= 6 6 .5° К), изучался в работе [73] выше и ниже тем пературы Нееля. Благодаря тому что ион Мп2+ в основном состоянии М.1і7 (конфигурация 3йъ) не имеет орбитального момента, все внутрикоифигурационные переходы, запре щенные по спину и четности, очень слабы и практически не проявляют себя в дисперсионной зависимости ЭФ как в MnF2, так и в RbMnF3 [73] и МпС12 [74]. Это обстоя тельство дает возможность изучать в какой-то мере пове дение высоколежащих возбужденных состояний, ответ-
Рис. 5.25. Температурная зависимость эф фекта Фарадея в.аптнферромагнетпке MnF,, для разных длин воли.
Пунктиром показан температурный ход магниторезопапсного вращения.
ственных за дисперсию ЭФ в областях прозрачности. РІаблюдаемое в видимой области фарадеевское вращение исследованных соединений Мп2+ чрезвычайно мало и ЭФ за счет гироэлектрического и гиромагнитного (магниторезонапсное вращение) вкладов оказывается сравнимым по величине.
Магниторезонансное вращение, будучи положитель ным, не зависит от длины волны и пропорционально намагниченности. Эти его свойства приводят к своеобраз ным температурным зависимостям общего ЭФ в MiiF2. Fla рис. 5.25 показаны характерные изменения ЭФ при антиферромагнитном упорядочении для двух длин волн
вкрасной и синей областях спектра. В красной области вклад электродипольных переходов мал, ЭФ определяется
вбольшей степени магнитной восприимчивостью кри сталла. В синей же области доминирующим является уже отрицательное парамагнитное вращение, пропорциональ ное спии-орбитальному расщеплению электронных раз
решенных переходов и намагниченности. Уменьшение его при охлаждении или нагревании ниже или выше ТN увеличивает относительный вклад положительного, не зависящего от температуры диамагнитного вращения, что приводит к росту фарадеевского угла ниже и выше TN.
^Наличие двух соизмеримых вкладов противоположного зпака вызывает также^аномалыюе изменениеj ЭФ при
Рис. 5.26. Эффект Фарадея в FeCl2 при разных значениях магнитного поля и температуры.
опрокидывании спиновой структуры MnF2 во внешнем магнитном поле.
Все измерения ЭФ па соединениях MnF2, RbMnF3 н MnClo говорят о большом удалении сильных электронных переходов в ультрафиолетовую область. Проведенные оценки показывают, что эти переходы лежат при энер гиях 9—10 эв.
Измерения ЭФ показывают на изменение коэффициента пропорциональности между парамагнитным ЭФ и намаг ниченностью [73], однако получить точные значения этих коэффициентов затруднительно из-за необходимости вы читания большого магниторезонаисного вращения.
В соединениях двухвалентного железа Fe2+ ЭФ изу чался в FeCOg [75], в FeCl2 и твердом растворе FeCl2 с MgCl2 [76]. Ромбоэдрический хлорид железа обнаружил большое отрицательное магнитное вращение при напра-
влепии поля и света вдоль оптической оси. Большая ве личина ЭФ была связана с тем, что составляющая орби тального момента в направлении оси не полностью замо рожена кристаллическим полем. На рис. 5.26 показано изменение вращения как функции поля для разных тем ператур. Ниже r N=24° К при переходе из антиферромагпитного в ферромагнитное состояние, что является фазо-
Т,°К
Рис. 5.27. Обратная величина фарадеевского вращения (точки) и перпендикулярной магнит ной восприимчивости (сплошная линия) в NiCl2
в зависимости от температуры.
вым переходом первого рода, наблюдалась сильная де поляризация света. После перехода вращение изменялось при 4.2° всего па 3% при изменении поля от 20 до 80 кэ.
В работе [77 ] было проведено сравнительное иссле дование ЭФ и магнитных свойств хлорида никеля NiCl3 (7’n = 52°K). Хлорид никеля является коллинеарным антиферромагнетиком, взаимодействие внутри слоев иопов Ni2+ является ферромагнитным, а между слоями — антпферромагиитным. Слабое поле анизотропии удерживает моменты в плоскости слоев. Измерения намагниченности дали полное насыщение 2.11 ß на ион Ш2+ в поле 129 кэ при 4.2° К. Измерения ЭФ в импульсных полях показали его пропорциональность с намагниченностью, однако в полях выше 129 кэ ие наблюдалось полного насыщения из-за «диамагнитного» ЭФ, связанного с зеемановским расщеплением основного и возбужденных состояний.
