Магнитоэлектрические и магнитоупругие свойства редкоземельных ферроборатов

Abstract

Проведены комплексные исследования магнитных, электрических, магнитоэлектрических и магнитоупругих свойств редкоземельных ферроборатов RFe₃(BO₃)₄ (R = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er), а также ферробората иттрия YFe₃(BO₃)₄. Установлена сильная зависимость не только магнитных, но и магнитоэлектрических свойств от типа редкоземельного иона, в частности от его анизотропии, которая определяет как магнитную структуру, так и значительный вклад в электрическую поляризацию. Это проявляется в сильной температурной зависимости поляризации ниже точки Нееля TN и ее специфической полевой зависимости, которая определяется конкуренцией внешнего и обменного f–d-полей. Выявлена тесная корреляция магнитоупругих свойств ферроборатов с магнитоэлектрическими и магнитными аномалиями при индуцированных магнитным полем фазовых переходах. Обнаружено, что в легкоплоскостных ферроборатах наряду с индуцированной магнитным полем электрической поляризацией возникает ниже точки Нееля и спонтанная поляризация. Сегнетоэлектрическое упорядочение в ферроборатах носит несобственный характер, обуслoвливающий сильную магнитоэлектрическую связь ниже TN. Помимо антиферромагнитного фазового перехода впервые рассмотрены особенности структурного фазового перехода, сопровождаемого аномалиями диэлектрических и магнитоэлектрических свойств. В рамках подхода Ландау детально проанализирован характер диэлектрических аномалий при структурном переходе.

Проведено комплексні дослідження магнітних, електричних, магнітоелектричних та магнітопружних властивостей рідкісноземельних фероборатів RFe₃(BO₃)₄ (R = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er), а також фероборату ітрію YFe₃(BO₃)₄. Установлено сильну залежність не тільки магнітних, але й магнітоелектричних властивостей від типу рідкісноземельного іона, зокрема від його анізотропії, яка визначає як магнітну структуру, так і значний внесок в електричну поляризацію. Це проявляється у сильній температурній залежності поляризації нижче точки Неєля TN, і її специфічній польовій залежності, яка визначається конкуренцією зовнішнього та обмінного f–d-полів. Виявлено тісну кореляцію магнітопружних властивостей фероборатів з магнітоелектричними та магнітними аномаліями при фазових переходах, які. індуковано магнітним полем. Виявлено, що у легкоплощинних фероборатах поряд з індукованою магнітним полем електричною поляризацією виникає нижче точки Неєля спонтанна поляризація. Сегнетоелектричне впорядкування у фероборатах носить невласний характер, що обумовлює сильний магнітоелектричний зв'язок нижче TN. Крім антиферомагнітного фазового переходу вперше розглянуто особливості структурного фазового переходу, який супроводжується аномаліями діелектричних і магнітоелектричних

Complex studies of magnetic, ferroelectric, magnetoelectric and magnetoelastic properties of rare-earth iron borates RFe₃(BO₃)₄ (R = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er) and YFe₃(BOм)₄ were carried out. It is shown that not only magnetic properties but also magnetoelectric ones strongly depend on the type of rareearth ion, in particular on its anisotropy. This effect makes itself evident in strong temperature dependence of polarization below the Neel point and its peculiar magnetic field dependence, that is determined by the competition between f–d-exchange and external fields. It is found that the magnetoelectric and magnetoelastic anomalies are in close correlation at magnetic fieldinduced phase transitions. A spontaneous electric polarization is revealed in the rare earth iron borates below the Neel temperature TN. The ferroelectric ordering has an improper character and stipulates a strong magnetoelectric coupling below TN. In addition to the antiferromagnetic phase transition, the structural phase transition is also studied in the framework of Landau-Ginzburg approach, and the observed anomalies of dielectric