Темпеpатуpная зависимость высокополевой намагниченности pазбавленных шпинелей с кластеpными магнитными стpуктуpами

Abstract

В интервале температур 4,2-380 К в полях до 25 кЭ проведено исследование изотерм σT(H) и высокополевых политерм намагниченности σH(T) поликристаллических образцов разбавленной спин-стекольной системы Li₀,₅Fe₂,₅₋xGaxO₄ с концентрациями немагнитных ионов Ga³⁺ x= 1,4 и 1,6, близкими к мультикритической точке x-T-диаграммы (x₀= 1,5), в окрестностях которой все типы магнитных состояний имеют пространственно неоднородные структуры кластерного типа. Установлено, что в парамагнитной области температур (T > Tf = 18 К, x=1,6 и T > TC =160 К, x=1,4) при H³10 кЭ зависимости sH(T) следуют закону Блоха T³/², что объясняется возбуждением спиновых волн в пределах отдельных невзаимодействующих кластеров. Закон T³/² нарушается при T<Tf для x=1,6, но выполняется при T<TC для x= 1,4. Отчетливое проявление фазового перехода в точке Кюри в виде излома на линейной зависимости σH(T³/²) свидетельствует о кооперативном характере спин-волновых возбуждений: их спектр при T≤TC формируется всем кристаллом в целом - кластерами и матрицей, благодаря которой между кластерами устанавливается дальнодействующая обменная связь. При низких температурах отклонение от закона T³/² наблюдается при T~50 К, где ранее нами в образце с x=1,4 был обнаружен фазовый переход первого рода.

В інтервалі температур 4,2-380 К у полях до 25 кЕ здійснено дослідження ізотерм σT(Н) та високопольових політерм намагніченості σH(Т) полікристалічних зразків розбавленої спін-скляної системи Li₀,₅Fe₂,₅₋xGaxO₄ з концентраціями немагнітних іонів Ga³⁺ x= 1,4 и 1,6, близькими до мультикритичної точки x-T-діаграми (x₀ = 1,5), поблизу якої усі типи магнітних станів мають просторово неоднорідні структури кластерного типу. Встановлено, що в парамагнітній області температур (T > Tf = 18 К, x=1,6 и T > TC =160 К, x=1,4) при Н> 10 кЕ залежності σH(Т) підпорядковані закону Блоха T³/², що пояснюється збудженням спінових хвиль в межах окремих невзаємодіючих кластерів. Закон T³/² порушується при Т<Тf для x = 1,6, але виконується при Т < Тс для x = 1,4. Чіткий прояв фазового переходу у точці Кюрі у вигляді злому на лінійній залежності σH(T³/²) свідчить про кооперативний характер спін-хвильових збуджень, спектр яких при T≤TC формується усім кристалом в цілому — кластерами та матрицею, завдяки якій між кластерами здійснюється далекодіючий обмінний зв’язок. При низьких температурах відхилення від закону T³/² спостерігається при Т ~ 50 К, де раніше нами для зразка x = 1,4 було знайдено фазовий перехід першого роду.

The isotherms σT(H) and the high-field magnetization polytherms σH(T) of polycrystals of the dilute spin-glass system Li₀,₅Fe₂,₅₋xGaxO₄ are studied in the temperature range 4.2–380 K in fields up to 25 kOe. The nonmagnetic Ga³⁺ ions in the crystals have concentrations x=1.4 and 1.6 in the vicinity of the multicritical point x0=1.5 on the x-T phase diagram, near which all types of magnetic states have cluster-type spatially inhomogeneous structures. It is found that the dependences σH(T) obey Bloch’s T³/² law in the paramagnet temperature range T>Tf=18 K, x=1.6 and T>TC=160 K, x=1.4 for H⩾10 kOe. This is attributed to spin wave excitations in individual noninteracting clusters. The T³/² law is violated at T<Tf for x=1.6, but is obeyed at T<TC for x=1.4. The clearly manifested phase transition at the Curie point in the form of a kink on the linear dependence σH(T3/2) suggests that the spin wave excitations are cooperative: their spectrum is formed at T≤TC by the entire crystal, i.e., by the clusters and the matrix which is responsible for the long-range exchange coupling between clusters. At low temperatures, the T³/² law is violated at T∼50 K, where the sample with x=1.4 previously displayed a first-order phase-transition.