Материал: Физика магнитных диэлектриков.

Рис. 5.17. Спектры поглощения халькогѳнпдов еврОппя.

Р и с . 5.18. Спектр магнитного кругового дихроизма в пленке

ЕиТе.

ной областях. На рис. 5.19 показана полевая зависимость ЭФ (а) и ЭКМ (б) в монокристаллической пластинке EuSe толщиной 157 мкм при 4.2° К. Провалкривой в районе 5 кэ связан с перестройкой магнитной структуры. При при­ ближении к краю поглощения эффекты быстро возрастают. При А=0.755 мкм коэффициент поглощения кристалла со­ ставлял 45 см-1, т. е. отношение вращения к потерям равно

8507дв.

На рис. 5.19, б показано измерение линейного магнит-

Рис. 5.19. Эффект Фарадея (а) и Коттона—Мутона (б) в EuSe в зави­ симости от внешнего магнитного поля.

^ Т о л щ и н а кристалла 157 мкм, температура 4.2° К

иого двупреломлеиия или_ЭКМ кристалла EuSe (толщина 157 мкм) при 4.2° К. Мы видим, что при сравнительно не­ большом поглощении наблюдается очень сильный эффект A7z0M=n„- 77^ 1 0 -2. Это значение является рекордным из когда-либо наблюдавшихся в кристаллах.

Кроме соединений двухвалентного европия, кристал­ лизующихся в структуре поваренной соли, известны фер­ ромагнитные соединения с другими структурами [52]. Из них можно упомянуть силикат европия Ëu2Si04, ко­ торый является ферромагнитным ниже Тс = 7° К. Край поглощения кристалла расположен в зеленой области спектра. При комнатной температуре константа Верде этого материала весьма значительна: 2.5 мин./см-э при А=0.546 мкм, а экстраполированное значение вращения при насыщении должно составлять 76 0007см. Однако при синтезе этого кристалла встречаются серьезные тех­ нологические трудности. Кроме того, иизкая орторомби­ ческая симметрия кристалла не позволяет реализовать большой ЭФ из-за естественного двупреломлеиия.

419

Оптические явления в магнитоупорядочешшх фторидах

Известно большое число фтористых соединений ионов переходных металлов Зй-группы. Разносторонние исследования были проведены на кристаллах типа' перов-

скита ABF3 (А — ионы Na“, К ”, Rh", Cs,” T1“; В — иойы Ѵ3+, Сг2+, Мн2+, Fe2+, Со2+, Ni2+, Cu2+) и типа рутила

BFo. Изучались также соединения типа ABF3, кристал­ лизующиеся в гексагональной структуре. В сравнении с окисными соединениями переходных ионов, фториды ха­ рактеризуются заметно меньшей интенсивностью электрон­ ных полос поглощения и лучшей оптической прозрач­ ностью в ближней инфракрасной и видимой областях спектра. Кроме этого, фториды имеют край фундаменталь­ ного поглощения в области 6 — 8 эв и потому обладают хо­ рошей прозрачностью в ультрафиолетовой области спектра. Эти обстоятельства стимулировали большое число иссле­ дований фторидов, и неудивительно, что многие новые оп­ тические явления, связанные с магнитным упорядочением, наблюдались именно для этих кристаллов.

В этом разделе мы рассмотрим магнитооптические яв­ ления в соединениях, обладающих ферримагпитным или слабым ферромагнитным спонтанным моментом.

Ферримагшітные фториды (RbNiF3, RbNi(Co)F3,

TlNiF3, CsFeFg)

Впервые ферримагнитное упорядочение в кри­ сталлах-фторидах было обнаружено для RbNiF3 [53]. При комнатной температуре этот кристалл имеет гекса­

структуре занимают неэквивалентные 2а- и 4/-позиции. Антиферромагнитное взаимодействие между ионами в раз­ ных подрешетках приводит к антипараллелыюму распо­ ложению моментов 2а- и 4/-ионов, а различие в количестве позиций (ионов 4/ в два раза больше, чем ионов 2а) к су­ ществованию ферримагнитпого момента. Измеренное при

от оцененной величины намагниченности при парал­ лельном расположении спинов в обеих подрешетках.

420

Результаты статических магнитных, резонансных и опти­ ческих исследований говорят о том, что ниже Т с ^ З Э 0 К спины подрешеток лежат в плоскости, перпендикулярной оптической оси шестого порядка, т. е. RbNiF3 является ферримагнетиком типа легкая плоскость. При магнитном иоле, лежащем в базисной плоскости, насыщение наблю­ дается в полях порядка 0 . 2 кэ, а при намагничивании вдоль гексагональной оси в полях 20—24 кэ [56]. Так как линей­ ные магнитооптические явления, такие как ЭФ и МКД, могут в чистом виде наблюдаться лишь при распростра­ нении света вдоль оптической оси, то для наблюдения этих эффектов в насыщении требуются достаточно боль­ шие магнитные поля.

Однако исследования [57—58] показали, что ионы ни­ келя в этой структуре могут быть частично замещены -на ионы двухвалентного Со2+. Это замещение приводит к по­ нижению температуры магнитного упорядочения, силь­ ному изменению цвета кристаллов (от зеленовато-желтого до темно-красного) и, что наиболее интересно, к изменению магнитной структуры типа «легкая плоскость» на струк­ туру типа «легкая ось». При замещениях 8 —20% в кри­ сталле наблюдается конусное расположение моментов. Это изменение направления спонтанного намагничивания приводит к тому, что насыщение линейных магнитоопти­ ческих эффектов наблюдается в полях 0.5 кэ.

На рис. 5.20 приведены результаты по оптическому поглощению, ЭФ и МКД кристалла R b N i^ C0 JF3 (а: =0.23) при распространении света вдоль оптической оси [59]. Обозначенные электронные переходы относятся к погло­ щению в Зй-оболочке ионов Ni2+ (триплетные и синглет­ ные переходы) и Со2+ (квартетные и дублетные переходы). Этот кристалл характеризуется хорошей прозрачностью

вближней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра. В ближней инфракрасной области ЭФ не зависит от частоты и связан с магнитным резонансом

вСВЧ области. В районе электронных переходов ионов Со2+ и Ni2+ ЭФ носит резонансно-дисперсионный характер и связан с МКД. В ультрафиолетовой области ЭФ моно­ тонно меняется по мере приближения к краю собственного поглощения.

Так как ЭФ и МКД в основном пропорциональны на­ магниченности кристалла, их температурная зависимость должна отражать изменения намагниченности. Заметим,

421

однако, нто для ЭФ это верно лишь в случае, когда изме­ рения ведутся на длине волны, достаточно удаленной от полос поглощения. В противном случае сдвиг полос и из-

{аГ-сС)2Ы

Рпс. 5.20. Оптическое поглощение а, магнитный круговой дихроизм а~—а+ и эффект Фарадея в ферриыагнетике RbNi(Co)F3 при 77° К.

Свет п магнитное поле направлены вдоль оптической осп кристалла.

менения интенсивности с температурой могут вызвать расхождения температурной зависимости ЭФ и намагни­ ченности. В случае МКД про­ порциональность намагничен­ ности должна соблюдаться бо­ лее строго при учете изменений с температурой интенсивности

рассматриваемого перехода.

Рис. 5.21. Магнитное вращение (вверху) и оптическое поглощение гексагонального ферримагнетпка

GsFeFg.

Также в гексагональной структуре кристаллизуется соединение TlNiF3. Этот кристалл имеет сходные с RbNiF3 магнитные и оптические свойства. Он является ферримагнетиком ниже 7’с=150°К [60].

422

CsFeF3 при комнатной температуре кристаллизуется также в гексагональной группе [61]. Магнитные дан­ ные для моиокрitсталлическож пластинки при Т =4.2° К показывают, что средний магнитный момент образует ко­ нус легкого намагничивания с направляющими под углом 25° по отношению к гексагональной оси. Температура Кюри была найдена между 57 и 59° К.

На рис. 5.21 показаны оптическое поглощение CsFeF3 при 80° К и фарадеевское вращение при немного более высокой температуре. Видно, что CsFeF3 обладает высо­

в ЭФ. Полосы поглощения связаны со сравнительно сла­ быми запрещенными переходами с основного уровня иона Fe2+ ъТ2д на триплетные по спину переходы. Более ин­

тенсивный спин-разрешениый переход °Т2д -> 5Ед лежит,

по-видимому, дальше в длинноволновой области, как это наблюдалось в RbFeF3 [62].

Максимальное удельное фарадеевское вращение в па­ рамагнитной области было 3007см в поле 22 кэ на длине волны 4000 Â. Ниже 84° К измерения не удалось провёсти, так как поляризованный свет был сильно рассеян. Это по­ ведение было объяснено кристаллическими искажениями или смещениями ионов, которые происходят вблизи этой температуры. Основываясь на измерениях намагничен­ ности, можно оценить, что при насыщении ЭФ должен

доходить до 30007см при 4000 А.

Антпферромагнетнкп со слабым ферромагнетизмом (RbFeF3, FeF3, FeB03, a-Fe203, MnC03)

Недавние исследования показали, что в RbFeF3 при понижении температуры наблюдается ряд фазовых переходов, сопровождающихся изменением кристалли­ ческой симметрии и магнитной структуры [63]. При охлаждении кристалл последовательно переходит из куби­ ческой в тетрагональную (102° К), затем в орторомбиче­ скую (8 6 ° К) и, наконец, в моноклинную (45° К) фазы. Первое изменение структуры сопровождается переходом

423