Слабый ферромагнетизм и промежуточная несоразмерная антиферромагнитная фаза в LiNiPO₄

Abstract

Измерены температурные зависимости намагниченности монокристалла LiNiPO₄ при ориентации магнитного поля вдоль кристаллографических осей a, b и c. Обнаружено, что величина намагниченности зависит от магнитной предыстории образца. Магнитное поведение антиферромагнитного образца объяснено наличием в LiNiPO₄ слабого ферромагнетизма. При температуре 5 К величина спонтанного магнитного момента вдоль оси c составляет около 0,005 Гс. При нагревании образца до температуры 20,8 К магнитный момент монотонно уменьшается до нуля. На всех зависимостях магнитной восприимчивости М(T)/Н выявлены две особенности: скачок и излом при температурах T₁ и T₂ соответственно. При напряженности магнитного поля 10 кЭ эти температуры близки к 20,84 и 21,86 К. Наблюдавшиеся особенности свидетельствуют о том, что при установлении основного антиферромагнитного порядка в кристалле LiNiPO₄ в интервале температур от TN₁ = 20,8(5) К до TN2 = 21,8(5) К спонтанно образуется промежуточная антиферромагнитная фаза. Последовательность непрерывного и резкого переходов на границах температурной области ее существования указывает на то, что промежуточная фаза является, скорее всего, несоразмерным антиферромагнитным состоянием.

The temperature dependence of the magnetization of single-crystal LiNiPO₄ is measured for magnetic-field orientations along the a, b, and c crystallographic axes. It is found that the value of the magnetization depends on the magnetic prehistory of the sample. The magnetic behavior of the antiferromagnetic sample is explained by the presence of weak ferromagnetism in LiNiPO₄ . At a temperature of 5 K the value of the spontaneous magnetic moment along the c axis is around 0.005 G. When the sample is heated to 20.8 K the magnetic moment decreases monotonically to zero. All of the magnetic susceptibility curves M(T)/H exhibit two features: a jump and a kink at temperatures T₁ and T₂ , respectively. At a magnetic field of 10 kOe these temperatures are close to 20.84 and 21.86 K. The observed features indicate that in the establishment of the main antiferromagnetic order in the LiNiPO₄ crystal, an intermediate antiferromagnetic phase is spontaneously formed in the temperature interval from TN₁ =20.8(5) K to TN₂ =21.8(5). The sequence of continuous and abrupt transitions at the boundary temperatures of its existence region indicate that the intermediate phase is most likely an incommensurate antiferromagnetic state.

Поміряно температурні залежності намагніченості монокристала LiNiPO₄ при орієнтації магнітного поля вздовж кристалографічних осей a, b та c. Виявлено, що величина намагніченості залежить від магнітної передісторії зразка. Магнітна поведінка антиферомагнітного зразка пояснена наявністю в LiNiPO₄ слабкого феромагнетизму. При температурі 5 К величина спонтанного магнітного моменту вздовж осі c складає біля 0,005 Гс. При нагріванні зразка до температури 20,8 К магнітний момент монотонно зменшується до нуля. На всіх залежностях магнітної сприйнятливості М(T)/Н виявлено дві особливості: стрибок і злам при температурах T₁ та T₂ відповідно. При напруженості магнітного поля 10 кЕ ці температури близькі до 20,84 і 21,86 К. Особливості, що спостерігаються, свідчать про те, що при встановленні головного антиферомагнітного порядку в кристалі в інтервалі температур від TN₁ = 20,8(5) К до TN₂ = 21,8(5) К спонтанно створюється проміжна антиферомагнітна фаза. Послідовність безперервного та різкого переходів на межах температурної області її існування вказує на те, що проміжна фаза є, скоріше за все, неспівмірним антиферомагнітним станом.