Исследование магнитной структуры Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ методом антиферромагнитного резонанса

Abstract

Исследовано влияние замещения ионов Nd³⁺ ионами Dy³⁺ на резонансные свойства Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ . При помощи метода АФМР обнаружен магнитный спин-переориентационный фазовый переход легкая ось– легкая плоскость, обусловленный конкурирующими обменными взаимодействиями Nd–Fe и Dy–Fe, и изучены частотно-полевые зависимости спектра АФМР до и после фазового перехода. Показано, что при температуре 4,2 К вдоль направления Н||с обнаруженные резонансные спектры являются модами АФМР железа, а их частотно-полевые зависимости соответствуют легкоосной (Н < 15 кЭ) и легкоплоскостной (Н > 16 кЭ) магнитным структурам с энергетической щелью возбуждения магнонов соответственно 77,2 и 100,3 ГГц. Величины эффективной магнитной анизотропии, формирующие эти щели, равны соответствен- но 0,7 и 1,2 кЭ. Замещение ионами Dy³⁺ кристалла Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ в парамагнитной области приводит к образованию дополнительного статического внутреннего поля за счет поляризации, что приводит к сдвигу резонансного поля линии поглощения ЭПР и изменению величины g-фактора ионов Fe³⁺.

Вивчено вплив заміщення іонів Nd³⁺ іонами Dy³⁺ на резонансні властивості Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄. За допомогою методу АФМР виявлено магнітний спін-переорієнтаційний фазовий перехід легка вісь–легка площина, зумовлений конкуруючими обмінними взаїмодіями Nd–Fe та Dy–Fe, і вивчено частотно- польові залежності спектра АФМР до та після фазового переходу. Показано, що при температурі 4,2 К вздовж напрямку Н||с виявлені резонансні спектри є модами АФМР заліза, а їх частотно-польові залежності відповідають легковісній (Н < 15 кЕ) та легкоплощинній (Н > 16 кЕ) магнітним структурам з енергетичною щілиною збудження магнонів відповідно 77,2 і 100,3 ГГц. Величина ефективної магнітної анізотропії, яка формує ці щілини, дорівнює 0,7 і 1,2 кЕ. Заміщення іонами Dy³⁺ кристала Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ в парамагнітній області призводить до створення допоміжного статичного внутрішнього поля за рахунок поляризації, що призводить до зміщення резонансного поля лінії поглинання ЕПР і зміни величини g-фактора іонів Fe³⁺.

The influence of substitution of Dy³⁺ ions for Nd³⁺ ones on the magnetic properties of the Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ single crystal was investigated. The resonance studies were carried out in a wide range of frequencies 40–145 GHz and external magnetic fields 0–75 kOe. We have detected a magnetic spin-reorientation easy axis–easy plane phase transition magnetic field Hcr = 15.85 kOe and studied the frequency-field dependence of the AFMR spectrum before and after the phase transition, at T = 4.2 K. The resonance spectra observed along the direction of H||c are antiferromagnetic resonance modes of iron at a T = 4.2 K. Their frequency-field dependences correspond to the easy-axis (H < 15 kOe) and easyplane (H > 16 kOe) magnetic structures with energy gaps of magnon excitation of 77.2 and 100.3 GHz, respectively. The effective magnetic anisotropy, that forms these energy gaps is equal to 0.7 and 1.2 kOe. The doping Dy³⁺ ions of the Nd₀,₇₅Dy₀,₂₅Fe₃(BO₃)₄ single crystal produce to a static internal field, which shifts the resonance field of the ESR absorption line and changes the value of g factor of the Fe³⁺ ions due to polarization in the paramagnetic region.