Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах
Представлены обзор и обобщение результатов систематического экспериментального исследования двух модельных фрустрированных систем разбавленных ферромагнитных оксидов: слабоанизотропных кубических шпинелей Li₀,₅Fe₂, ₅–хGaхO₄ и сильно анизотропных с гексагональной структурой BaFe₁₂–хGaхO₁₉. Обсужда...
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2005
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121472 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах / Н.Н. Ефимова // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 5. — С. 513-529. — Бібліогр.: 40 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-121472 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1214722017-06-15T03:05:25Z Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах Ефимова, Н.Н. Низкотемпеpатуpный магнетизм Представлены обзор и обобщение результатов систематического экспериментального исследования двух модельных фрустрированных систем разбавленных ферромагнитных оксидов: слабоанизотропных кубических шпинелей Li₀,₅Fe₂, ₅–хGaхO₄ и сильно анизотропных с гексагональной структурой BaFe₁₂–хGaхO₁₉. Обсуждаются впервые построенные для этого класса магнетиков концентрационные фазовые х–Т-диаграммы, механизмы формирования неупорядоченных состояний типа спинового стекла (роль обменного взаимодействия и анизотропии), структура состояний и влияние эффектов пространственной неоднородности кластерного типа. На примере Li–Ga-шпинелей показано, что в этом классе анизотропных гейзенберговских магнетиков с короткодействующим обменом вид х–Т-диаграммы отличается от канонического для спин-стекольных систем: в возвратной области (0,9 ⩽ х ⩽ 1,5) обнаружены новое кооперативное фрустрированное состояние и линия фазовых переходов первого рода Т₁ (х), которая заканчивается критической точкой при х = 0,8. Наведено огляд і узагальнення результатів систематичного експериментального дослідження двох модельних фрустрированих систем розведених феромагнітних оксидів: слабкоанізотропних кубічних шпінелей Li₀,₅Fe₂,₅–хGaхO₄ і сильно анізотропних з гексагональною структурою BaFe₁₂–хGaхO₁₉. Обговорюються вперше побудовані для цього класу магнетиків концентраційні фазові х–Т-діаграми, механізми формування неупорядкованих станів типу спінового скла (роль обмінної взаємодії та анізотропії), структура станів та вплив ефектів просторової неоднорідності кластерного типу. На прикладі Lі–Ga-шпінелей показано, що в цьому класі анізотропних гейзенбергівських магнетиків з короткодіючим обміном вид х–Т-діаграми відрізняється від канонічного для спін-скляних систем: у зворотній області (0,9 ⩽ х ⩽ 1,5) виявлено новий кооперативний фрустрирований стан і лінія фазових переходів першого роду Т₁(х), що закінчується критичною точкою при х = 0,8. The survey and general conclusions of the systematic experimental study of two model frustrated systems of diluted oxides (weakly anisotropic cubic spinels Li₀,₅Fe₂,₅–хGaхO₄, and strongly anisotropic BaFe₁₂–хGaхO₁₉ with the hexagonal structure) are presented. The concentration phase x–T-diagrams, constructed for the first time for this class of magnets, the mechanism for the formation of disordered spin-glass-type states (the role of exchange interaction and anisotropy), the structure of states and the effects of spatial inhomogeneity of the cluster type are considered. Taking the Li–Ga-spinels as an example it is shown that the x–T-diagrams for this class of anisotropic Heisenberg magnets with a short range exchange differ from the canonical one. Within the reentrant interval (0.9 ⩽ х ⩽ 1.5) a new cooperative frustrated state and a line of the first kind phase transitions Т₁(х), which ends with the critical point at x = 0.8 are observed. 2005 Article Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах / Н.Н. Ефимова // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 5. — С. 513-529. — Бібліогр.: 40 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.50.Bb http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121472 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Низкотемпеpатуpный магнетизм Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| spellingShingle |
Низкотемпеpатуpный магнетизм Низкотемпеpатуpный магнетизм Ефимова, Н.Н. Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах Физика низких температур |
| description |
Представлены обзор и обобщение результатов систематического экспериментального исследования
двух модельных фрустрированных систем разбавленных ферромагнитных оксидов:
слабоанизотропных кубических шпинелей Li₀,₅Fe₂, ₅–хGaхO₄ и сильно анизотропных с гексагональной
структурой BaFe₁₂–хGaхO₁₉. Обсуждаются впервые построенные для этого класса магнетиков
концентрационные фазовые х–Т-диаграммы, механизмы формирования неупорядоченных
состояний типа спинового стекла (роль обменного взаимодействия и анизотропии),
структура состояний и влияние эффектов пространственной неоднородности кластерного типа.
На примере Li–Ga-шпинелей показано, что в этом классе анизотропных гейзенберговских магнетиков
с короткодействующим обменом вид х–Т-диаграммы отличается от канонического для
спин-стекольных систем: в возвратной области (0,9 ⩽ х ⩽ 1,5) обнаружены новое кооперативное
фрустрированное состояние и линия фазовых переходов первого рода Т₁ (х), которая заканчивается
критической точкой при х = 0,8. |
| format |
Article |
| author |
Ефимова, Н.Н. |
| author_facet |
Ефимова, Н.Н. |
| author_sort |
Ефимова, Н.Н. |
| title |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| title_short |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| title_full |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| title_fullStr |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| title_full_unstemmed |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| title_sort |
фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/121472 |
| citation_txt |
Фрустрированные состояния типа спинового стекла в разбавленных ферримагнитных оксидах / Н.Н. Ефимова // Физика низких температур. — 2005. — Т. 31, № 5. — С. 513-529. — Бібліогр.: 40 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT efimovann frustrirovannyesostoâniâtipaspinovogosteklavrazbavlennyhferrimagnitnyhoksidah |
| first_indexed |
2025-07-08T19:57:50Z |
| last_indexed |
2025-07-08T19:57:50Z |
| _version_ |
1837110050106114048 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5, ñ.513–529
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â
ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Í.Í. Åôèìîâà
Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. Â.Í. Êàðàçèíà
ïë. Ñâîáîäû, 4, ã. Õàðüêîâ, 61077, Óêðàèíà
E-mail: Alexander.V.Vankevich@univer.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 1 îêòÿáðÿ 2004 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 3 íîÿáðÿ 2004 ã.
Ïðåäñòàâëåíû îáçîð è îáîáùåíèå ðåçóëüòàòîâ ñèñòåìàòè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòàëüíîãî èññëå-
äîâàíèÿ äâóõ ìîäåëüíûõ ôðóñòðèðîâàííûõ ñèñòåì ðàçáàâëåííûõ ôåððîìàãíèòíûõ îêñèäîâ:
ñëàáîàíèçîòðîïíûõ êóáè÷åñêèõ øïèíåëåé Li0,5Fe2,5–õGaõO4 è ñèëüíî àíèçîòðîïíûõ ñ ãåêñàãî-
íàëüíîé ñòðóêòóðîé BaFe12–õGaõO19. Îáñóæäàþòñÿ âïåðâûå ïîñòðîåííûå äëÿ ýòîãî êëàññà ìàã-
íåòèêîâ êîíöåíòðàöèîííûå ôàçîâûå õ–Ò-äèàãðàììû, ìåõàíèçìû ôîðìèðîâàíèÿ íåóïîðÿäî÷åí-
íûõ ñîñòîÿíèé òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà (ðîëü îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ è àíèçîòðîïèè),
ñòðóêòóðà ñîñòîÿíèé è âëèÿíèå ýôôåêòîâ ïðîñòðàíñòâåííîé íåîäíîðîäíîñòè êëàñòåðíîãî òèïà.
Íà ïðèìåðå Li–Ga-øïèíåëåé ïîêàçàíî, ÷òî â ýòîì êëàññå àíèçîòðîïíûõ ãåéçåíáåðãîâñêèõ ìàã-
íåòèêîâ ñ êîðîòêîäåéñòâóþùèì îáìåíîì âèä õ–Ò-äèàãðàììû îòëè÷àåòñÿ îò êàíîíè÷åñêîãî äëÿ
ñïèí-ñòåêîëüíûõ ñèñòåì: â âîçâðàòíîé îáëàñòè (0,9 � õ � 1,5) îáíàðóæåíû íîâîå êîîïåðàòèâíîå
ôðóñòðèðîâàííîå ñîñòîÿíèå è ëèíèÿ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ ïåðâîãî ðîäà Ò1(õ), êîòîðàÿ çàêàí÷è-
âàåòñÿ êðèòè÷åñêîé òî÷êîé ïðè õ = 0,8.
Íàâåäåíî îãëÿä ³ óçàãàëüíåííÿ ðåçóëüòàò³â ñèñòåìàòè÷íîãî åêñïåðèìåíòàëüíîãî äîñë³äæåí-
íÿ äâîõ ìîäåëüíèõ ôðóñòðèðîâàíèõ ñèñòåì ðîçâåäåíèõ ôåðîìàãí³òíèõ îêñèä³â: ñëàáêîàí³çî-
òðîïíèõ êóá³÷íèõ øï³íåëåé L³0,5Fe2,5–õGaõO4 ³ ñèëüíî àí³çîòðîïíèõ ç ãåêñàãîíàëüíîþ ñòðóêòó-
ðîþ BaFe12–õGaõO19. Îáãîâîðþþòüñÿ âïåðøå ïîáóäîâàí³ äëÿ öüîãî êëàñó ìàãíåòèê³â
êîíöåíòðàö³éí³ ôàçîâ³ õ–Ò-ä³àãðàìè, ìåõàí³çìè ôîðìóâàííÿ íåóïîðÿäêîâàíèõ ñòàí³â òèïó
ñï³íîâîãî ñêëà (ðîëü îáì³ííî¿ âçàºìî䳿 òà àí³çîòðîﳿ), ñòðóêòóðà ñòàí³â òà âïëèâ åôåêò³â
ïðîñòîðîâî¿ íåîäíîð³äíîñò³ êëàñòåðíîãî òèïó. Íà ïðèêëàä³ L³–Ga-øï³íåëåé ïîêàçàíî, ùî â öüî-
ìó êëàñ³ àí³çîòðîïíèõ ãåéçåíáåðã³âñüêèõ ìàãíåòèê³â ç êîðîòêîä³þ÷èì îáì³íîì âèä õ–Ò-ä³àãðàìè
â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä êàíîí³÷íîãî äëÿ ñï³í-ñêëÿíèõ ñèñòåì: ó çâîðîòí³é îáëàñò³ (0,9 � õ � 1,5) âèÿâ-
ëåíî íîâèé êîîïåðàòèâíèé ôðóñòðèðîâàíèé ñòàí ³ ë³í³ÿ ôàçîâèõ ïåðåõîä³â ïåðøîãî ðîäó
Ò1(õ), ùî çàê³í÷óºòüñÿ êðèòè÷íîþ òî÷êîþ ïðè õ = 0,8.
PACS: 75.50.Bb
Ââåäåíèå
Äàòîé ðîæäåíèÿ íàó÷íîãî íàïðàâëåíèÿ, èìåíóå-
ìîãî ôèçèêîé ñïèíîâûõ ñòåêîë (ÑÑ), ïðèíÿòî ñ÷è-
òàòü ïîÿâëåíèå â 1975 ãîäó ðàáîòû Êàíåëëû è Ìèäî-
øà, êîòîðûå äëÿ ñïëàâà Au–Fe ñî çíàêîïåðåìåííûì
ÐÊÊÈ îáìåíîì îáíàðóæèëè ïðè íåêîòîðîé òåìïåðà-
òóðå Òf (äðóãîå îáîçíà÷åíèå Òg) îñòðûé èçëîì (êàñï)
íà òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè íèçêî÷àñòîòíîé äèíà-
ìè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè �àñ(Ò) â ìàëûõ ïîëÿõ
�1–3�. Ñóùåñòâîâàíèå ïðè Ò < Òf íåîáû÷íûõ ìàãíèò-
íûõ ñâîéñòâ, îòëè÷àþùèõñÿ îò ñâîéñòâ èçâåñòíûõ
ðàíåå ìàãíåòèêîâ, ïîñëóæèëî îñíîâàíèåì äëÿ ïðåä-
ïîëîæåíèÿ î ñóùåñòâîâàíèè íîâîãî ìàãíèòíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ ñ ôàçîâûì ïåðåõîäîì ïðè Ò = Òf.
«Ýêñïåðèìåíòàëüíûé ïîðòðåò ÑÑ», ñîñòàâëåííûé
íà îñíîâàíèè ðåçóëüòàòîâ áîëüøîãî êîëè÷åñòâà èññëå-
äîâàíèé, âêëþ÷àåò ñëåäóþùèå ôåíîìåíîëîãè÷åñêèå
ïðèçíàêè �1–4�: íàëè÷èå ïðè Ò = Òf îñîáåííîñòåé íà
òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòÿõ ëèíåéíîé è íåëèíåéíîé
÷àñòåé íèçêî÷àñòîòíîé äèíàìè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâî-
ñòè �àñ(Ò), à òàêæå ñîñòàâëÿþùèõ ëèíåéíîé âîñïðè-
èì÷èâîñòè ��(T) è ��(T), ïðè÷åì ��(T) � 0 âî âñåé îá-
ëàñòè Ò � Òf ; çàâèñèìîñòü Òf îò âíåøíåãî ìàãíèòíîãî
ïîëÿ è ÷àñòîòû; îòñóòñòâèå ïðè Ò = Òf àíîìàëèé íà
© Í.Í. Åôèìîâà, 2005
òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî âêëàäà â òå-
ïëîåìêîñòü Ñ è åå ëèíåéíûé õîä ïðè Ò < Òf ; çàâè-
ñèìîñòü ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ îò ïðåäûñòîðèè îáðàçöà
— îõëàæäåíèÿ äî Ò < Òf â îòñóòñòâèå (ZFC) èëè â
ïðèñóòñòâèè (FC) ìàãíèòíîãî ïîëÿ; íàëè÷èå ðåëàê-
ñàöèîííûõ ïðîöåññîâ íà øêàëå îò 10–12 ñ äî ìàêðî-
ñêîïè÷åñêè áîëüøèõ (� àñòðîíîìè÷åñêèõ) âðåìåí;
ýôôåêòû ñòàðåíèÿ ÑÑ; ïîÿâëåíèå îäíîíàïðàâëåí-
íîé àíèçîòðîïèè ïîñëå îõëàæäåíèÿ â ðåæèìå FC.
Ïåðåõîä â ñîñòîÿíèå òèïà ÑÑ, èäåíòèôèöèðóå-
ìûé ïî ñîâîêóïíîñòè ïåðå÷èñëåííûõ âûøå ôåíî-
ìåíîëîãè÷åñêèõ ïðèçíàêîâ, ìîæåò ïðîèñõîäèòü íå
òîëüêî èç ïàðàìàãíèòíîé (ÏÌ), íî è èç ôåððî- èëè
àíòèôåððîìàãíèòíîé ôàç (ÔÌ, ÀÔÌ). Òàêîé ïå-
ðåõîä è ñîñòîÿíèå, ðåàëèçóþùååñÿ ïðè Ò < Òf,
ïðèíÿòî íàçûâàòü âîçâðàòíûìè. Ïðè T < Tf â
ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåìàõ ðåàëèçóåòñÿ ñìåøàííîå ñî-
ñòîÿíèå ôåððîìàãíèòíîãî ñïèíîâîãî ñòåêëà (ÔÑÑ),
êîãäà ñîñóùåñòâóþò äâà òèïà ïàðàìåòðà ïîðÿäêà —
ÔÌ è ÑÑ [1–3].
Çíà÷èòåëüíûì øàãîì â ðàçâèòèè ñîâðåìåííûõ
ïðåäñòàâëåíèé î ïðèðîäå ñîñòîÿíèé òèïà ñïèíîâîãî
ñòåêëà ñòàëè òåîðåòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ â ðàìêàõ
èçèíãîâñêîé ìîäåëè ñ áåñêîíå÷íûì ðàäèóñîì âçàè-
ìîäåéñòâèÿ, íà÷àëî êîòîðûì ïîëîæåíî â ðàáîòå
Øåððèíãòîíà è Êèðêïàòðèêà (ØÊ) [5]. Íà ñåãîä-
íÿøíèé äåíü òåîðèÿ ñðåäíåãî ïîëÿ ÿâëÿåòñÿ, ïî
ñóùåñòâó, åäèíñòâåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîé òåîðèåé
ÑÑ [5–7]. Íåñìîòðÿ íà óñïåõè â ïîíèìàíèè ïðèðî-
äû ÑÑ ñîñòîÿíèé è îáúÿñíåíèè õàðàêòåðíûõ ÑÑ
ñâîéñòâ, ñòðîãî ãîâîðÿ, îíà ïðèìåíèìà ëèøü ê êëàñ-
ñè÷åñêèì ñïèíîâûì ñòåêëàì — ñèëüíî ðàçáàâëåí-
íûì ñïëàâàì áëàãîðîäíûõ è ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ ñ
äàëüíîäåéñòâóþùèì ÐÊÊÈ îáìåíîì. Òîò ôàêò, ÷òî
â ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì íàáëþäàþòñÿ òå æå
ôåíîìåíîëîãè÷åñêèå ïðèçíàêè ÑÑ ñîñòîÿíèÿ, ÷òî è
â êëàññè÷åñêèõ ÑÑ, áåçóñëîâíî, ñâèäåòåëüñòâóåò î
åäèíîé ïðèðîäå ýòèõ íåóïîðÿäî÷åííûõ ñîñòîÿíèé.
Îäíàêî, âî âñåé âèäèìîñòè, ýòî íå ðàñïðîñòðàíÿåò-
ñÿ íà ìåõàíèçìû èõ ôîðìèðîâàíèÿ [2,3,6,7].
Èñïîëüçîâàíèå ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ è êîìïüþòåð-
íîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, êîòîðûå øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ
ïðè èçó÷åíèè ñâîéñòâ ÑÑ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì, ïîêà-
çàëî, ÷òî â ðàìêàõ îáìåííîãî ìåõàíèçìà ïåðåõîä â
ÑÑ ñîñòîÿíèå ïðè êîíå÷íîé òåìïåðàòóðå Òf > 0 Ê
âîçìîæåí òîëüêî äëÿ èçèíãîâñêèõ ñïèíîâ [8]. Äëÿ
ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåì óñòîé÷èâî ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî
íèæíÿÿ êðèòè÷åñêàÿ ðàçìåðíîñòü dc > 3 [1–3]. Ýòî
ïðîòèâîðå÷èå â èçâåñòíîé ìåðå ðàçðåøàåòñÿ, åñëè
ó÷åñòü ïðèñóòñòâèå ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèè: äëÿ
ãåéçåíáåðãîâñêîé ìîäåëè ñî âçàèìîäåéñòâèåì áëè-
æàéøèõ ñîñåäåé â [9] áûëà ïîëó÷åíà êîíå÷íàÿ òåì-
ïåðàòóðà ïåðåõîäà Tf � J(D/J)1/4, ãäå J è D —
äèñïåðñèè îáìåíà è àíèçîòðîïèè ñîîòâåòñòâåííî.
Ñåðüåçíûå ïðîáëåìû âîçíèêàþò è â ñâÿçè ñ ïðî-
ñòðàíñòâåííîé íåîäíîðîäíîñòüþ ìàãíèòíûõ ñîñòîÿ-
íèé, êîòîðàÿ ïðèíöèïèàëüíî íåóñòðàíèìà â ðàçáàâ-
ëåííûõ ìàãíèòíûõ ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì [1].
 òàêîé ñèòóàöèè òðóäíî îæèäàòü, ÷òî â êà÷åñòâå
ñòðóêòóðíûõ åäèíèö âñåãäà áóäóò âûñòóïàòü òîëüêî
îòäåëüíûå ñïèíû.  îáùåì íåëüçÿ ñ÷èòàòü îêîí÷à-
òåëüíî óñòàíîâëåííûì âèä ôàçîâîé äèàãðàììû â âîç-
âðàòíîé îáëàñòè [2,6,10,11]. Íàïðèìåð, òàì íå
íàøëîñü ìåñòà ðåãóëÿðíûì íåêîëëèíåàðíûì ñòðóê-
òóðàì, êîòîðûå ìîãóò ôîðìèðîâàòüñÿ ïðè T < TC
(òî÷êà Êþðè) [12].  ïîñëåäíåå âðåìÿ âñå áîëüøåå
âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ôðóñòðèðîâàííûì ÔÌ è ÀÔÌ,
íî èõ èçó÷åíèå ïðàêòè÷åñêè åùå íå âûøëî çà ðàìêè
òåîðåòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Òàêèì îáðàçîì, íà ñåãîä-
íÿøíèé äåíü øèðîêèé êðóã âîïðîñîâ, îòíîñÿùèõñÿ
ê ïðîáëåìå ÑÑ ñîñòîÿíèé â ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòå-
ìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì, îñòàåòñÿ îòêðûòûì.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû îáçîð è îáîá-
ùåíèå ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé
àíèçîòðîïíûõ ãåéçåíáåðãîâñêèõ ÑÑ ñèñòåì ñ êîðîò-
êîäåéñòâèåì, ïðîâåäåííûõ â Õàðüêîâñêîì íàöèî-
íàëüíîì óíèâåðñèòåòå èì. Â.Í. Êàðàçèíà.  êà÷åñòâå
ìîäåëüíûõ îáúåêòîâ â ýòèõ èññëåäîâàíèÿõ èñïîëüçî-
âàíû äâå ñèñòåìû ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ
îêñèäîâ: ñëàáîàíèçîòðîïíàÿ Li0,5Fe2,5–õGaõO4
(GaõS, 0,7 � x � 2,0) è ñèëüíî àíèçîòðîïíàÿ
BaFe12–õGaõO19 (GaõÌ, 4,0 � x � 9,0). Ïðè èõ âû-
áîðå áûëè ó÷òåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ îáìåí-
íîãî âçàèìîäåéñòâèÿ â äâóõ- è ïÿòèïîäðåøåòî÷íûõ
ôåððèòàõ, ïðîâåäåííûå â ðàìêàõ ìîäåëè ìîëåêó-
ëÿðíîãî ïîëÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäà äèàìàãíèò-
íûõ çàìåùåíèé [13], à òàêæå ëèòåðàòóðíûå äàííûå
îá èñòî÷íèêàõ è ìåõàíèçìàõ àíèçîòðîïèè [14].
Èçó÷åíèå ýòèõ îáúåêòîâ ïðåäñòàâëÿåò òàêæå ñà-
ìîñòîÿòåëüíûé èíòåðåñ, ïîñêîëüêó çàïîëíÿåò ïðî-
áåë â áàçå äàííûõ î ñïèíîâûõ ñòåêëàõ. Èñòîðè÷åñêè
ñëîæèëîñü òàê, ÷òî ïðàêòè÷åñêè âñå èçâåñòíûå ôà-
çîâûå õ–T–H-äèàãðàììû ÑÑ ñèñòåì èìåþò íà îñè
êîíöåíòðàöèé õ èñõîäíûì (õ = 0) ôåððî- èëè àíòè-
ôåððîìàãíèòíîå, íî íå ôåððèìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå.
Àïðèîðè ïðåäïîëîæèòü, êàêîé òèï ôàçîâîé äèà-
ãðàììû ïîëó÷èòñÿ ïðè ñî÷åòàíèè ïîäðåøåòî÷íîãî
ñòðîåíèÿ â ñîâîêóïíîñòè ñ àíòèôåððîìàãíèòíûìè
êîíêóðèðóþùèìè îáìåííûìè âçàèìîäåéñòâèÿìè, ñ
îäíîé ñòîðîíû, è íàëè÷èÿ ñïîíòàííîé íàìàãíè÷åí-
íîñòè, ñ äðóãîé, äîâîëüíî òðóäíî.
1. Âûáîð ìîäåëüíûõ îáúåêòîâ è ïðîãðàììû
èññëåäîâàíèé
Îáùàÿ çàäà÷à èññëåäîâàíèÿ ñîñòîÿëà â îïðåäåëå-
íèè âèäà êîíöåíòðàöèîííûõ ôàçîâûõ äèàãðàìì â
ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ ñ âîçìóùåííûì îáìåíîì
è èçó÷åíèè íà èõ ïðèìåðå ìåõàíèçìîâ ôîðìèðîâà-
514 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
íèé íåóïîðÿäî÷åííûõ ñîñòîÿíèé òèïà ñïèíîâîãî
ñòåêëà â ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñò-
âèåì. Ðóêîâîäñòâóÿñü ýòèì, ìû âûáðàëè â êà÷åñòâå
èñõîäíûõ íàèáîëåå ïðîñòûå è õîðîøî èçó÷åííûå
ôåððèìàãíèòíûå îêñèäû ñ îäíèì ñîðòîì ìàãíèòíûõ
èîíîâ (Fe3+): äâóõïîäðåøåòî÷íóþ ëèòèåâóþ øïè-
íåëü Li0,5Fe2,5O4(S) ñ êóáè÷åñêîé ñòðóêòóðîé è ïÿ-
òèïîäðåøåòî÷íûé áàðèåâûé ôåððèò BaFe12O19(M)
ñ ãåêñàãîíàëüíîé ñòðóêòóðîé òèïà ìàãíåòîïëþìáè-
òà. Ýòè ñîåäèíåíèÿ ÿâëÿþòñÿ äèýëåêòðèêàìè, è â
íèõ ïðåîáëàäàåò êîðîòêîäåéñòâóþùèé êîñâåííûé
îáìåí Êðàìåðñà–Àíäåðñîíà ìåæäó ìàãíèòîàêòèâ-
íûìè èîíàìè (Ìå) ÷åðåç àíèîí êèñëîðîäà, ò.å. ïàð-
íûé îáìåííûé èíòåãðàë Jnk çàâèñèò îò óãëîâ è ðàñ-
ñòîÿíèé Men – O2–Mek [15]. Äëÿ èîíîâ Fe3+ Jnk < 0
ïðè ëþáîé ãåîìåòðèè îáìåííûõ ñâÿçåé [15]; äëÿ ëè-
òèåâîé øïèíåëè è M-ôåððèòà ýòî ïîêàçàíî â [13].
Óæå â èñõîäíûõ ñîåäèíåíèÿõ ìåæ- è âíóòðèïîäðå-
øåòî÷íûå îòðèöàòåëüíûå îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ
êîíêóðèðóþò ìåæäó ñîáîé. Âñëåäñòâèå ñèëüíîãî
ìåæïîäðåøåòî÷íîãî îáìåíà â îáîèõ ñîåäèíåíèÿõ
ôîðìèðóåòñÿ êîëëèíåàðíîå ôåððèìàãíèòíîå óïîðÿäî-
÷åíèå ñ ìàãíèòíûìè ìîìåíòàìè ïðè 0 Ê ðàâíûìè 2,5
(S) è 20 (Ì) ìàãíåòîíîâ Áîðà; çíà÷åíèÿ òî÷åê Êþðè
TC ñîñòàâëÿþò ñîîòâåòñòâåííî 913 è 733 Ê [13].
Áûë âûáðàí íàèáîëåå ïðîñòîé ïóòü âîçìóùåíèÿ îá-
ìåíà – äèàìàãíèòíîå çàìåùåíèå, ïðè êîòîðîì èçìåíÿ-
åòñÿ ÷èñëî áëèæàéøèõ ñîñåäåé. Ýòîìó óñëîâèþ â äîñ-
òàòî÷íîé ìåðå óäîâëåòâîðÿåò çàìåùåíèå Ga3+� Fe3+,
òàê êàê èõ èîííûå ðàäèóñû áëèçêè è ðàâíû ñîîòâåò-
ñòâåííî 0,62 è 0,67 Å. Â îáåèõ ñèñòåìàõ ñóùåñòâóåò
íåïðåðûâíûé ðÿä òâåðäûõ ðàñòâîðîâ âïëîòü äî íå-
ìàãíèòíûõ ãàëëàòîâ. Íåìàëîâàæíî, ÷òî ïåðâîíà-
÷àëüíî (x < 6,0) èîíû Ga3+ íå èìåþò ñêëîííîñòè ê
ïðåèìóùåñòâåííîìó çàìåùåíèþ ïîçèöèé â R-áëîêå
ãåêñàãîíàëüíîé ñòðóêòóðû (ïîäðåøåòêè 2b è 4f2)
[16], êîòîðûå èãðàþò î÷åíü âàæíóþ ðîëü â ôîðìè-
ðîâàíèè ìàãíèòíîé ñòðóêòóðû ìàãíåòîïëþìáèòà
[13]. Ýòî ïîçâîëÿåò ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â îáåèõ ñèñ-
òåìàõ ñóùåñòâóåò îäíîòèïíîå, õîòÿ è íå ïîëíîñòüþ
èäåíòè÷íîå âîçìóùåíèå îáìåíà. Âîïðîñ î âîçíèêíî-
âåíèè ôðóñòðàöèé â çàìåùåííûõ øïèíåëÿõ ðàñ-
ñìàòðèâàëñÿ â [17]. Ïîñêîëüêó êðèñòàëëè÷åñêàÿ
ñòðóêòóðà òèïà Ì ñîäåðæèò â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ
øïèíåëüíûå S-áëîêè, âûâîäû [17] ìîãóò áûòü ðàñ-
ïðîñòðàíåíû è íà çàìåùåííûå ñîåäèíåíèÿ GaxM.
Ýíåðãèÿ àíèçîòðîïèè â øïèíåëÿõ è Ì-ôåððèòàõ
íà îäèí–äâà ïîðÿäêà ìåíüøå îáìåííîé. Çíà÷åíèÿ
êîíñòàíò àíèçîòðîïèè K1 ïðè T = 0 Ê ñîñòàâëÿþò äëÿ
ëèòèåâîé øïèíåëè 1,25•105 ýðã /ñì3, à äëÿ Ì-ôåð-
ðèòà 4,5•106 ýðã/ñì3 [14]. Â øïèíåëÿõ àíèçîòðîïèÿ
èìååò îäíîèîííûé õàðàêòåð. Âêëàä êàæäîãî èîíà îï-
ðåäåëÿåòñÿ L–S-ñâÿçüþ è êðèñòàëëè÷åñêèì ïîëåì,
êîòîðîå èìååò êóáè÷åñêóþ òî÷å÷íóþ ñèììåòðèþ, íî ñ
îäíîîñíûìè êîìïîíåíòàìè äëÿ îêòàýäðè÷åñêîé
ïîäðåøåòêè [14]. Â ìàãíåòîïëþìáèòå ïðèñóòñòâóþò
äâà ìèêðîñêîïè÷åñêèõ èñòî÷íèêà àíèçîòðîïèè: äè-
ïîëü-äèïîëüíîå è ñïèí-îðáèòàëüíîå âçàèìîäåéñòâèÿ
èîíîâ Fe3+ (â íèçêîñèììåòðè÷íûõ 2b-ïîçèöèÿõ) [14].
Îáà âêëàäà ñðàâíèìû ïî âåëè÷èíå, íî ïåðâûé ñïî-
ñîáñòâóåò ïîÿâëåíèþ ïëîñêîñòè ëåãêîãî íàìàãíè÷è-
âàíèÿ (K1 < 0), à âòîðîé (ïðåîáëàäàþùèé) — «ëåã-
êîé» îñè ñ K1 > 0. Â GaõS «ëåãêèå» îñè ñîîòâåòñòâóþò
íàïðàâëåíèÿì òèïà [111].
Òàêèì îáðàçîì, âûáîð ðàçáàâëåííûõ ñèñòåì
GaõS è GaõM â êà÷åñòâå ìîäåëüíûõ ïîçâîëÿåò èñ-
ñëåäîâàòü x–T-äèàãðàììû â øèðîêîé îáëàñòè êîí-
öåíòðàöèé è ïðîâåñòè èçó÷åíèå ðîëè îáìåíà è àíè-
çîòðîïèè â ôîðìèðîâàíèè ÑÑ è ÔÑÑ ñîñòîÿíèé.
Îïèðàÿñü íà òîò ôàêò, ÷òî ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå ÑÑ
ñèñòåìû, â òîì ÷èñëå âñåñòîðîííå èçó÷åííàÿ ñèñòåìà
ñ êîðîòêîäåéñòâèåì (Eu–Sr)S, îáíàðóæèâàþò ñîâî-
êóïíîñòü ñâîéñòâ, ïðåäñêàçûâàåìûõ òåîðèåé ñðåä-
íåãî ïîëÿ, â ïðîãðàììó èññëåäîâàíèé ïðåæäå âñåãî
áûëî âêëþ÷åíî èçó÷åíèå êàíîíè÷åñêèõ ïðèçíàêîâ
ÑÑ ñîñòîÿíèÿ, ïåðå÷èñëåííûõ âûøå.  ìàãíèòíûõ
èçìåðåíèÿõ áûëè èñïîëüçîâàíû òîëüêî ñòàòè÷åñêèå
è íèçêî÷àñòîòíûå ïîëÿ. Äëÿ îáíàðóæåíèÿ è èäåíòè-
ôèêàöèè ñîñòîÿíèé ðàçëè÷íûõ òèïîâ, à òàêæå ôà-
çîâûõ ïåðåõîäîâ ìåæäó íèìè, íàðÿäó ñ ìàãíèòíû-
ìè, èñïîëüçîâàëèñü êàëîðèìåòðè÷åñêèå èçìåðåíèÿ.
Áîëüøèíñòâî ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòàòîâ, êî-
òîðûå áóäóò èçëàãàòüñÿ è îáñóæäàòüñÿ â äàëüíåé-
øåì, îïóáëèêîâàíû â ðàáîòàõ [18–25]. Òàì æå îïè-
ñàíû ìåòîäèêè èçìåðåíèé, ìåòîäû ñèíòåçà îáðàçöîâ,
à òàêæå êîíòðîëÿ èõ ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî ñîñòàâà è
îäíîôàçíîñòè.
Ââèäó òîãî, ÷òî ïåðâûì øàãîì â ðåøåíèè ïîñòàâ-
ëåííûõ çàäà÷ áûëè èññëåäîâàíèÿ, íàïðàâëåííûå íà
âûÿâëåíèå «ñðåäíåïîëåâûõ ïðèçíàêîâ» ñîñòîÿíèé
òèïà ÑÑ, öåëåñîîáðàçíî êðàòêî ðàññìîòðåòü îñíîâ-
íûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ÑÑ â ðàêóðñå òåîðèè ñðåäíåãî
ïîëÿ ØÊ [1–6].
2. Ñïèíîâîå ñòåêëî â ìîäåëè ñðåäíåãî ïîëÿ
Øåððèíãòîíà–Êèðêïàòðèêà
Ïåðâîå òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîòðåíèå ÑÑ áûëî
ïðîâåäåíî Ýäâàðäñîì è Àíäåðñîíîì (ÅÀ), êîòîðûå
ïðåäëîæèëè ìåõàíèçì åãî ôîðìèðîâàíèÿ, ìîäåëü
ñïèíîâîé ñòðóêòóðû è òèï ïàðàìåòðà ïîðÿäêà qÅÀ
[26]. Â ñîâîêóïíîñòè ýòî, ïî ñóùåñòâó, ïðåäñòàâëÿ-
ëî ñîáîé ïåðâîå îïðåäåëåíèå ÑÑ ñîñòîÿíèÿ. Ñîãëàñ-
íî [26], ïåðåõîä â ÑÑ ñîñòîÿíèå ïðè òåìïåðàòóðå
Ò = Òf ñâÿçàí ñ ïîÿâëåíèåì íà óçëàõ, çàíÿòûõ ìàã-
íèòíûìè èîíàìè, ñëó÷àéíîé ëîêàëüíîé íàìàãíè÷åí-
íîñòè m Si i T
� � 0, íî m i
i
N
� 0 ( S i T
— òåðìî-
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 515
äèíàìè÷åñêîå ñðåäíåå). Çàìåðçàíèå ñïèíîâ (mi � 0)
îáóñëîâëåíî íàëè÷èåì êîíêóðèðóþùèõ, ñëó÷àéíûõ
ïî âåëè÷èíå è çíàêó, îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé.
Äèñïåðñèÿ îáìåíà J îïðåäåëÿåò âåëè÷èíó Òf.
Ðåçóëüòàòû ïîñëåäóþùèõ òåîðåòè÷åñêèõ è ýêñïå-
ðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ïîêàçàëè, ÷òî îïðåäå-
ëåíèå ÑÑ ñîñòîÿíèÿ â ìîäåëè ÅÀ íå îòðàæàåò åãî
ôèçè÷åñêîé ñóòè. Ôóíäàìåíòàëüíûå îòëè÷èòåëüíûå
ñâîéñòâà ñïèíîâîãî ñòåêëà, êàê âïåðâûå áûëî ïîêà-
çàíî â ìîäåëè ØÊ, ñâÿçàíû ñ îñîáåííîñòÿìè ýíåðãå-
òè÷åñêîãî ñïåêòðà: âûñîêîé ñòåïåíüþ âûðîæäåíèÿ
îñíîâíîãî ñîñòîÿíèÿ è íåýðãîäè÷íîñòüþ [1–6]. Âû-
ðîæäåíèå ñâÿçàíî ñ âûñîêîé êîíöåíòðàöèåé ôðóñò-
ðèðîâàííûõ îáìåííûõ ñâÿçåé, ò.å. ñâÿçåé, äëÿ êîòî-
ðûõ íåò ñïèíîâûõ êîíôèãóðàöèé, ïðèâîäÿùèõ ê
àáñîëþòíîìó (åäèíñòâåííîìó) ìèíèìóìó ýíåðãèè.
Ïðè ïåðåõîäå â ÑÑ ñîñòîÿíèå ôàçîâîå ïðîñòðàí-
ñòâî ðàçáèâàåòñÿ íà áîëüøîå ÷èñëî äîëèí, ðàçäåëåí-
íûõ àêòèâàöèîííûìè áàðüåðàìè, âûñîòà êîòîðûõ â
ïðåäåëå N �
(N — ÷èñëî ñïèíîâ) ñòàíîâèòñÿ
áåñêîíå÷íîé [1–6]. Òàêèì îáðàçîì, ñèñòåìà âñåãäà
íàõîäèòñÿ â îãðàíè÷åííîé îáëàñòè ôàçîâîãî ïðî-
ñòðàíñòâà – äîëèíå. Âñëåäñòâèå ýòîãî óñðåäíåíèå ïî
âñåì âîçìîæíûì êîíôèãóðàöèÿì, ò.å. ïî Ãèááñó, íå
ýêâèâàëåíòíî óñðåäíåíèþ ïî âðåìåíè, êîòîðîå ñîîò-
âåòñòâóåò êîíôèãóðàöèîííîìó ñðåäíåìó òîëüêî â
ïðåäåëàõ îäíîé äîëèíû. Ñóùåñòâåííî, ÷òî äðîáëå-
íèå ôàçîâîãî ïðîñòðàíñòâà ñ îáðàçîâàíèåì âñå íî-
âûõ áåñêîíå÷íûõ áàðüåðîâ, íà÷àâøèñü ïðè Òf, ïðî-
äîëæàåòñÿ âïëîòü äî 0 Ê [6]. Âíóòðè äîëèí òàêæå
ñóùåñòâóþò àêòèâàöèîííûå áàðüåðû, íî óæå êîíå÷-
íîé âûñîòû, êîòîðûì ñîîòâåòñòâóåò î÷åíü øèðîêèé
ñïåêòð âðåìåí ðåëàêñàöèè. Ýôôåêòû äîëãîâðåìåí-
íîé ðåëàêñàöèè (ìàãíèòíàÿ âÿçêîñòü), ýêñïåðèìåí-
òàëüíî íàáëþäàþùèåñÿ â ÑÑ íà âðåìåííîé øêàëå
(10–12–104) ñ, ñîãëàñíî âûâîäàì òåîðèè ñðåäíåãî
ïîëÿ, ñâÿçàíû ñ âíóòðèäîëèííûìè ïåðåõîäàìè, ò.å.
ïðåîäîëåíèåì áàðüåðîâ êîíå÷íîé âûñîòû.
Ââåäåííûé â [26] ïàðàìåòð ïîðÿäêà qEA òàêæå
ÿâëÿåòñÿ îäíîäîëèííûì. Ýêâèâàëåíòíûì åìó â òåî-
ðèè ØÊ ÿâëÿåòñÿ ïàðàìåòð q:
q tEA
t
i i T C
�
�
lim ( ) ( )s s0 , q qEA i T C
� � s 2 ,
(1)
...
C
— êîíôèãóðàöèîííîå ñðåäíåå; qEA = 0 ïðè Ò >
> Tf è èìååò êîíå÷íîå çíà÷åíèå ïðè Ò < Tf. Îí îäè-
íàêîâ äëÿ âñåõ äîëèí è õàðàêòåðèçóåò ñòåïåíü çàìåð-
çàíèÿ ñïèíîâ â ëþáîé èç íèõ. Òàêèì îáðàçîì, q —
âåëè÷èíà â îïðåäåëåííîì ñìûñëå ýêñïåðèìåíòàëüíî
âîñïðîèçâîäèìàÿ: ïðè îõëàæäåíèè (Ò � Òf) ñèñòåìà
ìîæåò çàñòðÿòü â ëþáîé äîëèíå, íî ýòî íå âëèÿåò íà
çíà÷åíèå qEA è åãî ïîâåäåíèå ïðè Ò > 0 Ê [3,6].
Âìåñòå ñ òåì ñîâåðøåííî î÷åâèäíî, ÷òî îäíîäî-
ëèííûé ïàðàìåòð ïîðÿäêà íå ìîæåò áûòü èñïîëüçî-
âàí äëÿ àäåêâàòíîãî îïèñàíèÿ ÑÑ ñîñòîÿíèÿ. Áîëåå
óñïåøíî òàêóþ ðîëü èãðàåò ïàðàìåòð ïîðÿäêà, èç-
âåñòíûé êàê ôóíêöèÿ Ïàðèçè — q(õ), îïðåäåëåí-
íàÿ íà èíòåðâàëå 0 � õ � 1, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ðåøå-
íèåì â ìîäåëè ØÊ ñ íàðóøåííîé ðåïëè÷íîé
ñèììåòðèåé [3,6]. Ôèçè÷åñêèé ñìûñë ôóíêöèè q(õ)
êàê ïàðàìåòðà ïîðÿäêà ÑÑ îïðåäåëÿåòñÿ òåì, ÷òî
îíà îáðàòíà âåðîÿòíîñòè ïåðåêðûòèÿ äîëèí, ò.å.
ñêîððåëèðîâàííîñòè ñîñòîÿíèé â ôàçîâîì ïðîñòðàí-
ñòâå: x q P q dq
q
( ) ( )� � ��
0
, P(q) – ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëå-
íèÿ ïåðåêðûòèé q
�,
, � — äîëèíû. Äëÿ íåñêîððå-
ëèðîâàííûõ ñîñòîÿíèé q
� = 0, à ïðè èõ ïîëíîì
ñîâïàäåíèè q
� = q
= q(1). Ïîñëåäíåå îçíà÷àåò,
÷òî ñèñòåìà çàïåðòà â îäíîé äîëèíå, ò.å. q
� = qÅÀ.
Ïàðàìåòðû ïîðÿäêà qÅÀ è q(õ) ìîæíî ñâÿçàòü ñ
íåðàâíîâåñíîé �neq è ðàâíîâåñíîé �eq âîñïðèèì÷è-
âîñòÿìè, êîòîðûå îáû÷íî îòîæäåñòâëÿþòñÿ ñ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíî èçìåðÿåìûìè �ZFC è �FC [3]:
� neq � ��T q TFA
1 1[ ( )], �eq � �� �T q x dx
x
1
0
1[ ( ) ].
(2)
Èç (2) âûòåêàåò, ÷òî çàâèñèìîñòü ìàãíèòíûõ
ñâîéñòâ ÑÑ îò ïðåäûñòîðèè (ìàãíèòíàÿ íåîáðàòè-
ìîñòü — � �ZFC FCT( ) � ) îáóñëîâëåíà íåýðãîäè÷íî-
ñòüþ ÑÑ ñîñòîÿíèÿ è ðàçíîñòü ýòèõ âîñïðèèì÷èâî-
ñòåé ìîæåò ñëóæèòü åå ìåðîé [3].
Ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå â ïèîíåðñêîé ðàáîòå
Øåððèíãòîíà è Êèðêïàòðèêà [5], ñîîòâåòñòâóþò ðå-
ïëè÷íî-ñèììåòðè÷íîìó ïðèáëèæåíèþ, â êîòîðîì
íåò ôàçîâîãî ïåðåõîäà â ÑÑ ñîñòîÿíèå â ïðèñóòñò-
âèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Â äàëüíåéøåì áûëî óñòàíîâ-
ëåíî, ÷òî òàêîé ïåðåõîä ïðè Í � 0 ñóùåñòâóåò è ïðî-
ÿâëÿåòñÿ â íàðóøåíèè ðåïëè÷íîé ñèììåòðèè [1–3].
Ëèíèè íåóñòîé÷èâîñòè ðåïëè÷íî-ñèììåòðè÷íîãî ðå-
øåíèÿ — ëèíèè êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ Àëüìåé-
äà–Òàóëåññà (ÀÒ) — èìåþò âèä:
T H J
H
Jf
/
( ) � � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
1
3
4
2 1 3
, H << J,
T H J
H
J
f ( ) ( ) exp� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�3 2
2
1
2
2
� , H > J. (3)
Äëÿ ãåéçåíáåðãîâñêîãî ÑÑ (âåêòîðíîå n-êîìïî-
íåíòíîå ÑÑ) ïåðåõîä ÏÌ–ÑÑ â îáùåì ñëó÷àå îïè-
ñûâàåòñÿ íåñêîëüêèìè ïàðàìåòðàìè ïîðÿäêà [3]. Â
èçîòðîïíîì ñëó÷àå ïðè Í � 0 ñèòóàöèÿ óïðîùàåòñÿ.
Ïåðâîíà÷àëüíî ïðè Tf(H) çàìåðçàþò ïîïåðå÷íûå ïî
516 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
îòíîøåíèþ ê Í ñîñòàâëÿþùèå ñïèíîâ (q� � 0) —
ëèíèÿ Ãàáý–Òóëóçà (ÃÒ). Çàâèñèìîñòü Tf(Í) ïðè
H < J èìååò âèä [3]:
T H J
H
Jf ( ) � � �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
1
23
110
2
. (4)
Êàê è äëÿ èçèíãîâñêîãî ÑÑ (ñì. óðàâíåíèå (3)),
ïåðåõîä ïðè Tf(Í) âäîëü ëèíèè ÃÒ — ýòî ïåðåõîä â
íåýðãîäè÷íîå ñîñòîÿíèå, êîãäà ñîîòâåòñòâóþùèå ïà-
ðàìåòðû ïîðÿäêà ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè Ïàðèçè. Ïðè
áîëåå âûñîêèõ çíà÷åíèÿõ H, ò.å. áîëåå íèçêèõ òåìïå-
ðàòóðàõ, çàìåðçàþò ïðîäîëüíûå ñîñòàâëÿþùèå ñïè-
íîâ. Ýòîò ïðîöåññ îïèñûâàåòñÿ ëèíèåé êðèòè÷åñêî-
ãî ïîâåäåíèÿ, àíàëîãè÷íîé ëèíèè ÀÒ â èçèíãîâñêèõ
ñèñòåìàõ. Ðåàëèñòè÷íîñòü êàðòèíû òàêîãî ïîýòàïíî-
ãî çàìåðçàíèÿ âûçûâàåò ñîìíåíèå. Â ðàáîòå [27], ê
ïðèìåðó, òåîðåòè÷åñêè áûëî ïîêàçàíî, ÷òî îáå ëè-
íèè ñîâïàäàþò. Ýêñïåðèìåíòàëüíî â ïîäàâëÿþùåì
áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ äëÿ ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåì
íàáëþäàþòñÿ ëèíèè � � H2/3 (ÀÒ) â ìàëûõ ïîëÿõ è
�� � H2 (ÃÒ) â áîëüøèõ [1–3]. Òàêîå ïîâåäåíèå îáú-
ÿñíÿåòñÿ âëèÿíèåì ñëó÷àéíîé àíèçîðîïèè, êîòîðàÿ,
ñîãëàñíî [28], äåëàåò ïåðåõîä èçèíãîïîäîáíûì.
3. Ïîñòðîåíèå êîíöåíòðàöèîííûõ
x–T-ôàçîâûõ äèàãðàìì
3.1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íèçêîïîëåâîé
íàìàãíè÷åííîñòè è äèíàìè÷åñêîé
âîñïðèèì÷èâîñòè
Ðàññìîòðåíèå ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ ìàãíèò-
íûõ ñâîéñòâ, íà îñíîâàíèè êîòîðûõ áûëè ïîñòðîå-
íû êîíöåíòðàöèîííûå ôàçîâûå äèàãðàììû äëÿ ñèñ-
òåì GaõS è GaõM, öåëåñîîáðàçíî íà÷àòü ñ òåìïåðà-
òóðíûõ çàâèñèìîñòåé íèçêîïîëåâîé ñòàòè÷åñêîé
âîñïðèèì÷èâîñòè �dc èëè íàìàãíè÷åííîñòè �H(Ò),
òàê êàê îíè íåïîñðåäñòâåííî äàþò íàãëÿäíîå ïðåä-
ñòàâëåíèå îá èçìåíåíèÿõ â ìàãíèòíîé ïîäñèñòåìå
èññëåäóåìûõ îáúåêòîâ ïðè óâåëè÷åíèè ñîäåðæàíèÿ
íåìàãíèòíûõ èîíîâ.
Íà ðèñ. 1 è 2 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè �H(T)
äëÿ ñèñòåì GaõS è GaõM, èçìåðåííûå â ïîñòîÿííîì
ïîëå H = 50 Ý ïðè îòîãðåâå îáðàçöîâ ïîñëå èõ ïðåä-
âàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ äî 4,2 K ïðè H = 0 (ðåæèì
ZFC). Ïðåæäå âñåãî, èç äàííûõ ðèñ. 1 è 2 õîðîøî
âèäíî, ÷òî çàìåùåíèå Ga3+� Fe3+ ïðèâîäèò ê ïîíè-
æåíèþ òåìïåðàòóðû Êþðè TC, êîòîðàÿ, òåì íå ìåíåå,
ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî íàäåæíî îïðåäåëåíà ýêñòðà-
ïîëÿöèåé ê îñè T ó÷àñòêîâ ñ ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîä-
íîé ��/�T âïëîòü äî x = 1,35 (GaõS) è x = 7,0
(GaõM). Çà èñêëþ÷åíèåì íèçêîòåìïåðàòóðíîé îá-
ëàñòè, çàâèñèìîñòè �H(T) äëÿ GaõS ïðè x < 1,4 òè-
ïè÷íû äëÿ ìàãíèòîìÿãêèõ ìàòåðèàëîâ, ó êîòîðûõ
ïðåîáëàäàþùåé ÿâëÿåòñÿ àíèçîòðîïèÿ ôîðìû. Â îò-
ëè÷èå îò GaõS, â ñèñòåìå GaõM õîðîøî âèäåí
ìàêñèìóì ïðè T TC (ýôôåêò Ãîïêèíñîíà), êîòî-
ðûé íàáëþäàåòñÿ, êàê ïðàâèëî, â ïðèñóòñòâèè ñèëü-
íîé êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé àíèçîòðîïèè [29]. Ýòî
îçíà÷àåò, ÷òî ïðè çàìåùåíèè Ga3+� Fe3+ ñèñòåìà
GaõM îñòàåòñÿ âûñîêîàíèçîòðîïíîé. Ñ òî÷êè çðåíèÿ
îáíàðóæåíèÿ CC ñîñòîÿíèé â ýòîé îáëàñòè êîíöåí-
òðàöèé èìååò çíà÷åíèå ïîâåäåíèå íàìàãíè÷åííîñòè â
îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð: ïðè T� 0 Ê äëÿ îáåèõ
ñèñòåì íàáëþäàåòñÿ òèïè÷íîå äëÿ ýòèõ ñîñòîÿíèé
óìåíüøåíèå �H(Ò), ïðè÷åì òåì áîëåå ðåçêîå, ÷åì
âûøå êîíöåíòðàöèÿ Ga3+.
Äàëåå, ïðè ïðàêòè÷åñêè îäèíàêîâûõ êîíöåíòðà-
öèÿõ íåìàãíèòíûõ èîíîâ c 60% (Ga3+ â GaõM è
(xGa3+ + 0,5Li+) â GaõS) äëÿ îáåèõ ñèñòåì ñíà÷àëà
ïîÿâëÿþòñÿ çàâèñèìîñòè �H(T) êîëîêîëîîáðàçíîé
ôîðìû, à çàòåì êðèâûå
H(T) ñ êàñïîì (âñòàâêà íà
ðèñ. 1). Ïîëîæåíèå êàñïà íà òåìïåðàòóðíîé øêàëå
çàâèñèò îò x.
Ïîâåäåíèå òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè íèçêî÷àñ-
òîòíîé äèíàìè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè � è åå äåéñò-
âèòåëüíîé ÷àñòè �� àíàëîãè÷íî çàâèñèìîñòè �H T( ).
Óñòàíîâëåíî, ÷òî ñóùåñòâóåò ìèíèìàëüíàÿ êîíöåí-
òðàöèÿ (äëÿ GaxS x = 0,9), íà÷èíàÿ ñ êîòîðîé íà çà-
âèñèìîñòÿõ ���(T) â îáëàñòè òåìïåðàòóð T �� TC
íàáëþäàþòñÿ ìàêñèìóìû, ïîëîæåíèå è äàæå
ñóùåñòâîâàíèå êîòîðûõ çàâèñèò îò âåëè÷èíû ïåðå-
ìåííîãî ïîëÿ h. Äëÿ èëëþñòðàöèè ïîëó÷åííûõ â
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 517
T, K 50
5
0
�
, î
òí
.å
ä
40
30
20
10
0 100 200 300
T, K
�
, î
òí
. å
ä
1
2
3
4
5
400 500 600
Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè
îáðàçöîâ GaxS ïðè ðàçëè÷íûõ êîíöåíòðàöèÿõ õ: 0,9 (1);
1,2 (2); 1,3 (3); 1,35 (4); 1,4 (5). Íà âñòàâêå õ = 1,7;
Í = 50 Ý.
ýòîé ñåðèè èññëåäîâàíèé ðåçóëüòàòîâ íà ðèñ. 3
ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ���(T) äëÿ îáðàçöîâ GaõS
ñ x = 0,9 è 1,35.
3.2. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ îò
ïðåäûñòîðèè – ìàãíèòíàÿ íåîáðàòèìîñòü
Îñíîâíûå ÷åðòû ïîâåäåíèÿ íàìàãíè÷åííîñòè,
ñâÿçàííîãî ñ åå çàâèñèìîñòüþ îò ïðåäûñòîðèè, äëÿ
ñèñòåì GaõS è GaõM èëëþñòðèðóþò äàííûå, ïðåä-
ñòàâëåííûå íà ðèñ. 4 è 5. Õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé
�ZFC(T) è �FC(T), ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 4, òèïè-
÷åí äëÿ èíòåðâàëà êîíöåíòðàöèé x � 1,35 â ñèñòåìå
GaõS è äëÿ x � 6,0 â GaõM [18,19]. Âèäíî, ÷òî â îáå-
èõ ñèñòåìàõ íåîáðàòèìîñòü ñóùåñòâóåò â øèðîêîì
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð, ò.å. åå ïîÿâëåíèå íàáëþäàåò-
ñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ, íàìíîãî ïðåâûøàþùèõ òåìïå-
ðàòóðó ìàêñèìóìà íà çàâèñèìîñòÿõ ���(T). Ïî ìåðå
óâåëè÷åíèÿ ïîëÿ ýòîò èíòåðâàë ñóæàåòñÿ, è ïðè íå-
êîòîðîì çíà÷åíèè Í íåîáðàòèìîñòü èñ÷åçàåò: íàïðè-
ìåð, ïðè H = 100 Ý äëÿ Ga0,9S è H ! 103Ý äëÿ
Ga6M. Íàìàãíè÷åííîñòü
FC â îáñóæäàåìîé îáëàñ-
òè êîíöåíòðàöèé íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû â GaõS
è ñëàáî óâåëè÷èâàåòñÿ â GaõM.
Ïðîÿâëåíèå íåîáðàòèìîñòè, îòëè÷àþùååñÿ îò
ïðåäñêàçàííîãî òåîðåòè÷åñêè, íàáëþäàåòñÿ è ïðè áî-
ëåå âûñîêîì ñîäåðæàíèè íåìàãíèòíûõ èîíîâ: x 1,5
(GaõS) è x 8,0 (GaõM). Êàê âèäíî íà ðèñ. 5, â
ñðàâíèòåëüíî ñëàáûõ ïîëÿõ íåîáðàòèìîñòü ïîÿâëÿåò-
ñÿ ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå, äî êîòîðîé íàãðåâàëñÿ
îáðàçåö â ïðîöåññå èçìåðåíèÿ çàâèñèìîñòè �ZFC(T).
Íàìàãíè÷åííîñòü �FC, êàê è �ZFC(T), çàâèñèò îò
òåìïåðàòóðû, íî â îòëè÷èå îò ïîñëåäíåé ïðè T � 0 Ê
ñòðåìèòñÿ ê êîíå÷íîìó ïðåäåëó. Ïðè óâåëè÷åíèè
ïîëÿ H íåîáðàòèìîñòü ñòàíîâèòñÿ íèçêîòåìïåðàòóð-
íûì ýôôåêòîì, ò.å. ñóùåñòâóåò â îáëàñòè T � Tf, åñëè
Tf — ýòî òåìïåðàòóðà, îïðåäåëåííàÿ ïî ïîëîæåíèþ
ìàêñèìóìà íà çàâèñèìîñòè ���(T). Òàêîå îòêëîíåíèå
îò ïðåäñêàçàíèé ìîäåëè ØÊ íå óäèâèòåëüíî, à ñêî-
ðåå, çàêîíîìåðíî, òàê êàê â ýòîé ìîäåëè íå ó÷èòûâà-
åòñÿ ðåàëüíàÿ ñòðóêòóðà îáðàçöîâ: ñóùåñòâîâàíèå
îáëàñòåé áëèæíåãî àòîìíîãî è ìàãíèòíîãî ïîðÿäêà
[1], à òàêæå íàëè÷èå äîìåííîé ñòðóêòóðû ïðè ñîõðà-
íåíèè äàëüíåãî ÔÌ ïîðÿäêà, ò.å. â ÔÑÑ ñîñòîÿíè-
ÿõ. Ýòè ôàêòîðû, íå âëèÿþùèå íåïîñðåäñòâåííî íà
ïåðåõîä â ñîñòîÿíèÿ òèïà ÑÑ, ñïîñîáñòâóþò ïîÿâëå-
íèþ ýôôåêòîâ íåîáðàòèìîñòè â î÷åíü øèðîêîé îá-
ëàñòè òåìïåðàòóð [30].
518 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
0
T, K
��
�,
î
òí
. å
ä
30 60
1
2
3
1
2
3
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ìíèìîé ÷àñòè äèíà-
ìè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè ���(Ò) äëÿ îáðàçöîâ GaxS:
êðèâûå 1,2 – õ = 0,9 (f = 120 Ãö, h0 = 1,4 Ý (1), 6,4 Ý
(2)); êðèâàÿ 3 – õ = 1,35 (f = 60 Ãö, h0 = 1 Ý).
40
30
20
10
0 100 200 300
T, K
�
, î
òí
. å
ä T, K
250 500
60
40
20
0
�
, î
òí
. å
ä
1 2
3
4
6
5
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè
îáðàçöîâ GaxÌ ïðè ðàçëè÷íûõ êîíöåíòðàöèÿõ õ: 4,0
(1); 6,0 (2); 7,0 (3); 7,5 (4); 8,0 (5); 8,5 (6), Í = 50 Ý.
3.3. Äîëãîâðåìåííàÿ ðåëàêñàöèÿ íåðàâíîâåñíîé
íàìàãíè÷åííîñòè �ZFC (ìàãíèòíàÿ âÿçêîñòü);
ëèíèè êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ Tf (H)
Ðåëàêñàöèîííûå ïðîöåññû õîðîøî îïèñûâàþòñÿ
ëîãàðèôìè÷åñêèì çàêîíîì: çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè
íåðàâíîâåñíîé íàìàãíè÷åííîñòè
ZFC ïðè ïîñòîÿí-
íûõ çíà÷åíèÿõ ïîëÿ H è òåìïåðàòóðû T � Tf èìååò
âèä [4]:
ZFC(t) =
ZFC(0) + S ln(t/t0), ãäå t0 � 10 c,
ZFC(0) — çíà÷åíèå íàìàãíè÷åííîñòè ÷åðåç âðåìÿ t0
ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïîëÿ (ïåðâîå èçìåðåíèå ), S =
= S(T,H) — êîýôôèöèåíò ìàãíèòíîé âÿçêîñòè,
SH(T) � 0 ïðè T � Tf è T � 0 Ê.
Ïîâåäåíèå êîýôôèöèåíòà S = S(T,H) èëëþñòðè-
ðóþò äàííûå, ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 6 è 7. Ðåçóëüòàòû
ðèñ. 6 äåìîíñòðèðóþò õàðàêòåðíûå îñîáåííîñòè ïðî-
ÿâëåíèÿ ýôôåêòîâ ìàãíèòíîé âÿçêîñòè îáðàçöîâ ñèñ-
òåìû GaõS â èíòåðâàëå êîíöåíòðàöèé 0,9 � x � 1,2.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî äëÿ ýòîé îáëàñòè êîíöåí-
òðàöèé ìàãíèòíóþ âÿçêîñòü óäàëîñü èññëåäîâàòü
òîëüêî ñ ïðèìåíåíèåì ÑÊÂÈÄ-ìàãíèòîìåòðà (èçìå-
ðåíèÿ ïðîâåäåíû âî ÔÒÈÍÒ ÍÀÍ Óêðàèíû ñîâìåñò-
íî ñ Â.À. Äåñíåíêî è À.Ñ. Ïàíôèëîâûì [31]). Èçìå-
íåíèÿ "
ZFC(t) ñîñòàâëÿþò �10–3 Ãñ·ñì3·ã–1 çà âðåìÿ
3,6·104 c. Âûñîêaÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà ïîçâî-
ëèëà çàðåãèñòðèðîâàòü íå òîëüêî îáðàùåíèå â íóëü,
íî è èçìåíåíèå çíàêà ST(H) èëè SÍ(Ò). Òåìïåðàòó-
ðà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ èçìåíåíèþ çíàêà SÍ(Ò), â ïðå-
äåëàõ ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïîãðåøíîñòè ñîâïàäàåò ñ
âåëè÷èíîé Ò, ïðè êîòîðîé íàáëþäàþòñÿ ìàêñèìóìû
íà êðèâûõ ���(T) (ñì. ðèñ. 3). Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â
êîíöåíòðàöèîííîé îáëàñòè x � 1,5 åùå ÿâíî ñî-
õðàíÿåòñÿ äàëüíèé ÔÌ ïîðÿäîê è, ñîîòâåòñòâåííî,
äîìåííàÿ ñòðóêòóðà, ðåëàêñàöèÿ íàìàãíè÷åííîñòè,
îïèñûâàþùàÿñÿ ëîãàðèôìè÷åñêèì çàêîíîì ñ S < 0,
î÷åâèäíî, ñâÿçàíà ñ ñèñòåìîé äîìåííûõ ãðàíèö.
Ïðè áîëåå âûñîêîì ñîäåðæàíèè Ga3+ çàâèñèìîñòè
S(T,H) ìîãóò áûòü èññëåäîâàíû íà áàëëèñòè÷åñêîì
ìàãíèòîìåòðå (÷óâñòâèòåëüíîñòü 10–3 Ãñ•ñì3·ã–1).
Íà ðèñ. 7 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè SH(T) äëÿ îá-
ðàçöîâ Ga8M è Ga1,3S. Âèäíî, ÷òî ýòè çàâèñèìîñòè,
êàê è ST(H), íåìîíîòîííû è èìåþò ìàêñèìóìû â
èíòåðâàëå 0 Ê – Tf(H). Ïîëîæåíèå ýòèõ ìàêñèìó-
ìîâ íå ñëó÷àéíî: äëÿ ñèñòåìû GaõS ìàêñèìóìû íà-
õîäÿòñÿ ïðè T = 0,4Tf(H), à äëÿ ñèñòåìû GaõM —
ïðè T = 0,6Tf(H) (Tf(H) — òåìïåðàòóðà, ïðè êîòî-
ðîé êîýôôèöèåíò âÿçêîñòè SH(T) îáðàùàåòñÿ â
íóëü, ïî îïðåäåëåíèþ, ÿâëÿåòñÿ òåìïåðàòóðîé ïåðå-
õîäà â ñîñòîÿíèå òèïà CC â ìàãíèòíîì ïîëå H � 0).
Õîä çàâèñèìîñòåé ST(H) è SH(T), ïîëó÷åííûõ äëÿ
ðàçáàâëåííûõ ñèñòåì GaõS è GaõM, ïîëíîñòüþ àíà-
ëîãè÷åí òàêîâûì äëÿ CC ñ ÐÊÊÈ îáìåíîì. Îäíàêî
â íàøåì ñëó÷àå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà âÿçêîñòè íà
îäèí–äâà ïîðÿäêà âûøå, îñîáåííî ïðè êîíöåíòðà-
öèÿõ �(60–70)% [18,32].
Èññëåäîâàíèå çàâèñèìîñòåé SH(T) â øèðîêîì èí-
òåðâàëå ïîëåé äàëî âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü ëèíèè
Tf(H), à èõ ìàòåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ñ ó÷åòîì óðàâ-
íåíèé (3),(4) — âèä ëèíèé êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ â
ìàãíèòíîì ïîëå � = f(H), ãäå � = 1 – Tf(H)/Tf(0). Âî
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 519
0 40 80 120 160
1
2
Ò, Ê
�
, Ã
ñ
ñì
ã
#
#3
–
1
1
2
3
4
5
6
7
Ðèñ. 5. Ïîëèòåðìû íàìàãíè÷åííîñòè îáðàçöîâ GaxÌ ñ
x = 8,25 â ðàçëè÷íûõ ïîëÿõ Í, Ý: 50(1); 200(2); 750(3);
103(4); 3#103(5); 5#103(6); 8,25#103(7). Ðåæèìû îõëàæäå-
íèÿ ZFC (�) è FC (�).
0
2
8
9
H = 50 Ý õ =
0,9
1,2
Í = 100 Ý; õ = 1,2
0
2
4
30 60
Ò, Ê
�
, Ã
ñ
ñì
ã
#
#3
–
1
Ðèñ. 4. Ïîëèòåðìû íàìàãíè÷åííîñòè îáðàçöîâ GaxS ñ
ðàçëè÷íîé êîíöåíòðàöèåé õ. Ðåæèìû îõëàæäåíèÿ ZFC
(�) è FC (�).
âñåõ ñëó÷àÿõ îáíàðóæåíî êðèòè÷åñêîå ïîâåäåíèå,
ïðåäñêàçûâàåìîå òåîðèåé ñðåäíåãî ïîëÿ äëÿ ãåéçåí-
áåðãîâñêèõ ñèñòåì ñî ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèåé [28]. Â
íèçêîïîëåâîì ïðåäåëå (ðåæèì ñèëüíîé àíèçîòðîïèè)
— ýòî ëèíèÿ Àëìåéäà–Òàóëåññà — � � H /2 3. Â
áîëüøèõ ïîëÿõ (ðåæèì ñëàáîé àíèçîòðîïèè ) – ýòî
ëèíèÿ Ãàáå–Òóëóçà — � �� H2; �� =1 – Tf(H)/Tf �(0),
ãäå Tf �(0) — òåìïåðàòóðà, ê êîòîðîé ïðè Í � 0 ýêñò-
ðàïîëèðóþòñÿ âûñîêîïîëåâûå ó÷àñòêè çàâèñèìîñòåé
Tf(Í). Ðåæèìû ñèëüíîé è ñëàáîé àíèçîòðîïèè îïðå-
äåëÿþòñÿ óñëîâèÿìè d !! h3/2 è d $$ h5/3
ñîîòâåòñòâåííî. Ïàðàìåòðû d è h çàâèñÿò îò ñîîòíî-
øåíèÿ ìåæäó âåëè÷èíàìè Í, äèñïåðñèé îáìåíà J è
àíèçîòðîïèè D: d = D/J, h = %H/D, % — ìàãíèòíûé
ìîìåíò. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî çíà÷åíèÿ Tf(Í), îï-
ðåäåëåííûå íåçàâèñèìî èç óñëîâèé SH(T) = 0 è
ZFC(Ò,Í) �
ZF (Ò,Í), â ïðåäåëàõ 1–2 Ê ñîâïàäàþò.
 êîíòåêñòå ñðåäíåïîëåâîé òåîðèè íàëè÷èå ëè-
íèé êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ è «ðåëàêñàöèîííûé»
ñïîñîá îïðåäåëåíèÿ Tf(Í) â ñîâîêóïíîñòè ñ ýôôåê-
òàìè ìàãíèòíîé íåîáðàòèìîñòè ïðè íèçêèõ òåìïåðà-
òóðàõ è íàëè÷èåì ìàêñèìóìîâ íà çàâèñèìîñòÿõ
���(T) ñâèäåòåëüñòâóþò, ÷òî â èçó÷àåìûõ ñèñòåìàõ
GaõS è GaõM â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð ïðîèñõî-
äèò ïåðåõîä â íåóïîðÿäî÷åííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ÑÑ.
Íà ðèñ. 8 ïðåäñòàâëåíû êîíöåíòðàöèîííûå x–Ò-ôà-
çîâûå äèàãðàììû ýòèõ ñèñòåì, äëÿ ïîñòðîåíèÿ êîòî-
ðûõ, êðîìå îïðåäåëåíèÿ ëèíèé Tf(0), áûëè ïðîâå-
äåíû äîïîëíèòåëüíûå èññëåäîâàíèÿ. Èõ öåëüþ
áûëè èäåíòèôèêàöèÿ è îïðåäåëåíèå ñòðóêòóðû ìàã-
íèòíûõ ñîñòîÿíèé.  ÷àñòíîñòè, áîëüøîå âíèìàíèå
áûëî óäåëåíî âîïðîñó î ñóùåñòâîâàíèè òåðìîäèíà-
ìè÷åñêîãî ïåðåõîäà â òî÷êå Êþðè ïðè c � c0.
3.4. Êîíöåíòðàöèîííàÿ îáëàñòü ñóùåñòâîâàíèÿ
äàëüíåãî ÔÌ ïîðÿäêà. Òåìïåðàòóðíûå
çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî âêëàäà â òåïëîåìêîñòü
Ïðè îïðåäåëåíèè êîíöåíòðàöèîííîé îáëàñòè ñóùå-
ñòâîâàíèÿ äàëüíåãî ÔÌ ïîðÿäêà (îñîáåííî â «òðóä-
íîé» îáëàñòè, ò.å. îêðåñòíîñòÿõ ñ0) áûë èñïîëüçîâàí
ïîäõîä, îñíîâàííûé íà îáíàðóæåíèè ôàçîâîãî ïåðå-
õîäà â òî÷êå Êþðè. Äëÿ ýòîãî, ïîìèìî èçìåðåíèÿ òåì-
ïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé íèçêîïîëåâîé íàìàãíè÷åí-
íîñòè (ñì. ðèñ. 1 è 2), áûëè ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ
êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ â ìàãíèòíîì ïîëå [22,33] ñ
èñïîëüçîâàíèåì óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ â ôîðìå
(H/�)1/& = A(T – TC)/TC + B�1/�. Íà ïðèìåðå îá-
ðàçöà GaõS ñ õ = 1,45 áûëî âïåðâûå îáíàðóæåíî, ÷òî
ïðè ñ ñ0 (ò.å. õ0 = 1,5) çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêèõ èíäåê-
ñîâ çàâèñÿò îò âåëè÷èíû ïîëÿ Í. Ñðåäíåïîëåâûå çíà-
÷åíèÿ ïîêàçàòåëåé, à èìåííî, & = 1, � = 0,5 è ' = 3 äëÿ
êðèòè÷åñêîé èçîòåðìû � '� H /1 â ìàëûõ ïîëÿõ Í <
< 500 Ý ñìåíÿþòñÿ çíà÷åíèÿìè & = 1,33, � = 0,4, ' =
= 4,41 â èíòåðâàëå 1,5–8,0 êÝ. Âåëè÷èíà ÒÑ ïðè ýòîì
îñòàåòñÿ íåèçìåííîé: (97 ± 2) Ê. Ïðèìåíåíèå òàêîé
æå, êàê äëÿ Ga1,45S, ïðîöåäóðû îáðàáîòêè èçîòåðì
íàìàãíè÷åííîñòè äëÿ îáðàçöîâ ñ õ 1,5 (GaõS) è õ
7,75 (GaõM) ïîêàçàëî, ÷òî ïðè ñ ñ0 ñïîíòàííàÿ
íàìàãíè÷åííîñòü �s = 0 âî âñåì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð.
520 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
4
2
S
,Ã
ñ
ñì
ã
#
#
3
–
1
1
0
10 30 50
T, K
0,6
0,4
0,2
40 80 1200
0,5
(Í, Ý)2/3
1�
2�
3
2
1
�
Ðèñ. 7. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè SH äëÿ îáðàçöà Ga8Ì
â ðàçëè÷íûõ ïîëÿõ Í, Ý: 50(1), 200(2), 500(3); äëÿ îá-
ðàçöà Ga1,3S â ïîëÿõ Í, Ý: 70(1�), 100(2�). Íà âñòàâêå: � �
= f(H2/3) äëÿ Ga8Ì; � = [Tf(0) – Tf(H)]/Tf(0).
25 500
–2
–3
–1
0
1
1 3
2
0
–2
5
S
,î
òí
.å
ä
.
Í, Ý
ln(t/t )0
"
�
, î
òí
. å
ä
.
2
1
3
Ðèñ. 6. Ìàãíèòîïîëåâûå çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ëîãà-
ðèôìè÷åñêîé âÿçêîñòè SÒ îáðàçöà Ga0,9S ïðè 4,2 Ê. Íà
âñòàâêå: çàâèñèìîñòè "�ZFC – ln(t/t0) â ïîëå Í = 4 Ý
ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ Ò, Ê: 4,2 (1); 8 (2); 11 (3).
Ýòîò âûâîä õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè
èññëåäîâàíèÿ òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé ìàãíèò-
íîãî âêëàäà â òåïëîåìêîñòü Ñ(Ò), ïðîâåäåííîãî äëÿ
ñèñòåìû GaxS. Ìàãíèòíûé âêëàä âûäåëÿëñÿ ïîñðåä-
ñòâîì âû÷èòàíèÿ èç îáùåé òåïëîåìêîñòè èññëåäóåìî-
ãî îáðàçöà òåïëîåìêîñòè íåìàãíèòíîãî ãàëëàòà
Li0,5Ga2,5O4. Ïîñëåäíÿÿ èçìåðÿëàñü íåçàâèñèìî è
ïðèíèìàëàñü ðàâíîé òåïëîåìêîñòè ðåøåòêè [21,23].
Ñðàâíèâàÿ õîä çàâèñèìîñòåé Ñ(Ò) äëÿ îáðàçöîâ ñ
õ = 1,45 è 1,6, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 9 è 10 ñîîò-
âåòñòâåííî, ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî äëÿ õ = 1,6 íà êðè-
âîé C(T) îòñóòñòâóþò êàêèå-ëèáî îñîáåííîñòè. Åå
õîä ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóåò êàíîíè÷åñêîé ñïèí-ñòå-
êîëüíîé çàâèñèìîñòè Ñ(Ò) [1–3]. Äëÿ õ = 1,45 ïðè
T � 97 Ê õîðîøî âèäåí ìàêñèìóì, õàðàêòåðíûé äëÿ
ôàçîâîãî ïåðåõîäà âòîðîãî ðîäà (ÔÏ-II) â òî÷êå
Êþðè. Îáñóæäåíèå ïðèðîäû ìàêñèìóìîâ, íàáëþ-
äàþùèõñÿ äëÿ îáðàçöîâ ñ õ = 1,2 è 1,45 (ðèñ. 9) ïðè
òåìïåðàòóðàõ íèæå ÒÑ, à òàêæå íåðåãóëÿðíîñòè õîäà
êðèâîé Ñ(Ò) äëÿ õ = 1,2 áóäåò ïðîâåäåíî íèæå.
Òèïè÷íûå äëÿ ÑÑ ñîñòîÿíèé ëèíåéíûå çàâèñèìî-
ñòè Ñ(Ò) ïîëó÷åíû ïðè T $ Tf äëÿ âñåõ îáðàçöîâ
ñèñòåìû GaõS ïðè x 0,9 [21,23]. Äëÿ x = 1,2 è 1,45
ýòî âèäíî èç äàííûõ, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 9. Â
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 4,2–120 Ê èçìåðåíèÿ ïðîâå-
äåíû íàìè ñîâìåñòíî ñ Â.À. Ïåðâàêîâûì, Í.Þ.
Òþòðþìîâîé è Â.È. Îâ÷àðåíêî (ÕÍÓ èì. Â.Í. Êà-
ðàçèíà), ïðè Ò = 2–20 Ê — ñîâìåñòíî ñ À.Ã. Àíäåð-
ñîì, À.Ì. Ãóðåâè÷ è Â.Í. Åðîïêèíûì (ÔÒÈÍÒ
ÍÀÍ Óêðàèíû). Äëÿ ñèñòåìû GaõM èññëåäîâàíèå
çàâèñèìîñòåé Ñ(Ò) íå ïðîâîäèëîñü.
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 521
0
1
2
3
4
5
Ñ
,1
0
Ä
æ
Ê
ã
–
2
–
1
–
1
#
#
30 60 90 120
Ò, Ê
50 1000
0,2
0,4
Ñ
,1
0
Ä
æ
Ê
ã
–
2
–
1
–
1
#
#
(Ò, Ê)3/2
Ò1 ÒÑ
Òf
Ò1Òf
Ðèñ. 9. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîé ÷àñòè òå-
ïëîåìêîñòè Ñ(Ò) äëÿ îáðàçöîâ Ga1,45S è Ga1,2S. Íà
âñòàâêå: çàâèñèìîñòü Ñ(Ò3/2) äëÿ Ga1,2S ïðè Ò > Tf. Tf
— òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà â ÔÑÑ ñîñòîÿíèå, T1 — ôàçî-
âîãî ïåðåõîäà ïåðâîãî ðîäà, TÑ — òî÷êà Êþðè.
0 20 40
5
10
0 50 100 120
Ò, Ê
Ò, Ê
0,4
0,8
1,2
Ñ
,1
0
Ä
æ
Ê
ã
–
3
–
1
–
1
#
#
�
, Ã
ñ
ñì
ã
#
#
3
–
1
Ðèñ. 10. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íèçêîïîëåâîé íà-
ìàãíè÷åííîñòè �ZFC(Ò) ïðè Í = 50 Ý è ìàãíèòíîãî
âêëàäà â òåïëîåìêîñòü ïðè H = 0 (íà âñòàâêå) äëÿ îá-
ðàçöà Ga1,6S.
G axS
G axM
G axM
G axS
Tf
Tf
ÔÌ Ï Ì
ÔÑÑ
6 8 10
40 60 80 ìîëüC ,%C0
1
3�3
3
1�
2
2�
T , K
x
x
0
50
150
250
1,0 1,5 2,0
TC
4
ÑÑ
Ðèñ. 8. Ôàçîâûå õ–Ò-äèàãðàììû ñëàáîàíèçîòðîïíîé
ñèñòåìû Li0,5Fe2,5–xGaxO4 è ñèëüíî àíèçîòðîïíîé
BaFe12–xGaxO19. Ëèíèè Tf(õ) 1 è 1� ñîîòâåòñòâóþò ïåðå-
õîäó â ñîñòîÿíèå ôåððèìàãíèòíîãî ñïèíîâîãî ñòåêëà,
Tf(õ) – 2 è 2� — ïåðåõîäó â ñîñòîÿíèå ñïèíîâîãî ñòåê-
ëà, âåðòèêàëüíûå ëèíèè 3 è 3� — êîíöåíòðàöèîííîìó
ïåðåõîäó ÔÑÑ � ÑÑ. 4 — ëèíèÿ ïåðåõîäîâ ïåðâîãî
ðîäà Ò1(õ) â ñëàáîàíèçîòðîïíîé ñèñòåìå GaxS, ÒÑ —
ëèíèè òî÷åê Êþðè.
Òàêèì îáðàçîì, â ñèñòåìàõ GaõS è GaõM äàëüíèé
ÔÌ ïîðÿäîê ðàçðóøàåòñÿ ïðè êðèòè÷åñêèõ êîíöåí-
òðàöèÿõ ñ0, çíà÷åíèÿ êîòîðûõ î÷åíü áëèçêè. Ïðè
T < Tf â êîíöåíòðàöèîííîé îáëàñòè ñ < ñ0 ðåàëèçó-
åòñÿ ñìåøàííîå ÔÑÑ ñîñòîÿíèå, ò.å. ñïîíòàííàÿ íà-
ìàãíè÷åííîñòü ñóùåñòâóåò âî âñåì èíòåðâàëå òåìïå-
ðàòóð îò 0 Ê äî ÒÑ.
3.5. Ïàðàìåòð ïîðÿäêà qEA
 ìîäåëè ØÊ ïåðåõîä ÏÌ–ÑÑ ÿâëÿåòñÿ ôàçî-
âûì ïåðåõîäîì ïî ïàðàìåòðó ïîðÿäêà qEA. Â ãåéçåí-
áåðãîâñêèõ ÑÑ â ïðåäåëå ñèëüíîé àíèçîòðîïèè
âñëåäñòâèå ïåðåìåøèâàíèÿ ïðîäîëüíûõ è ïîïåðå÷-
íûõ êîìïîíåíò ñïèíà n-êîìïîíåíòíûé ÑÑ ïàðàìåòð
ïîðÿäêà ñòàíîâèòñÿ èçîòðîïíûì îäíîêîìïîíåíòíûì
– ñîâïàäàþùèì ñ îäíîäîëèííûì ïàðàìåòðîì qEA
[3,28]. Âáëèçè ëèíèè íåóñòîé÷èâîñòè ÀÒ (ïåðåõîä
ïðè H � 0) qEA ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ðÿäà ïî
ñòåïåíÿì ïðèâåäåííîé òåìïåðàòóðû � = 1 – T/Tf(0):
qEA(�) = � + �2 – �3. Ñ ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëÿå-
ìûìè âåëè÷èíàìè ïàðàìåòð qEA(T) ñâÿçàí ñîîòíî-
øåíèåì [1]:
q
EA
(T) = 1 – T[C�–1
ZFC
(T) + (]–1,
ãäå C — ïîñòîÿííàÿ Êþðè, à ( — ïàðàìàãíèòíàÿ
òåìïåðàòóðà Êþðè.
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà qEA(Ò) ñ èñïîëüçîâàíèåì ýòî-
ãî ñîîòíîøåíèÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 11 [18]. Ïàðà-
ìåòðû Ñ è � îïðåäåëåíû â áëèæíåé ê Tf ÏÌ
îáëàñòè, ãäå âûïîëíÿåòñÿ çàêîí Êþðè–Âåéññà � =
= Ñ/(Ò – (). Âèäíî, ÷òî äëÿ âñåõ îáðàçöîâ GaõS ñ
õ 1,55 èìååò ìåñòî ïåðåõîä ÏÌ–ÑÑ ïî ïàðàìåòðó
qEA. Çàâèñèìîñòü qEA(Ò) ëèíåéíà âïëîòü äî � = 0,2,
à ïðè � ! 0,2 ïðåîáëàäàåò êâàäðàòè÷íûé ÷ëåí.
Äëÿ ñèñòåìû GaõÌ àíàëîãè÷íûé ðàñ÷åò qEA ïðèâî-
äèò ê çàâèñèìîñòÿì òèïà êðèâîé 5 íà ðèñ. 11, ò.å. qEA
íå ìîæåò ñëóæèòü ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà ïðè ïåðåõîäå
ÏÌ–ÑÑ. Àíàëèçèðóÿ ïðè÷èíû ýòîãî ïî ôîðìàëüíûì
ïðèçíàêàì, à èìåííî, ïî çíà÷åíèÿì ïàðàìåòðîâ Ñ è (,
êîòîðûå ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå, ìîæíî îòìåòèòü
ñëåäóþùåå. Ïàðàìåòð qEA íå îïèñûâàåò ïåðåõîä
ÏÌ–ÑÑ âî âñåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ( ! 0: õ = õ0 = 1,5
(GaõS) è ïðè õ õ0 ) 7,75 â GaõÌ. Åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî
( ! 0 ñîîòâåòñòâóåò îòëè÷íîìó îò íóëÿ ñðåäíåìó ÔÌ
îáìåíó, òî îòëè÷èÿ ñèñòåì GaõS è GaõM â ñìûñëå âîç-
ìîæíîñòè îïèñàíèÿ â íèõ ïåðåõîäà ÏÌ–ÑÑ ïðè ñ ! ñ0
ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà qEA ñâîäÿòñÿ ê òîìó, ÷òî â îäíîì
ñëó÷àå J0 = 0, à â äðóãîì J0 � 0. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ â
ïðèíöèïå âîçìîæíà, òàê êàê âûáðàííûå ñèñòåìû
áëèçêè, íî îòíþäü íå ïîëíîñòüþ èäåíòè÷íû â ñìûñëå
âîçìóùåíèÿ îáìåíà. Ïðè J0 � 0, â òîì ÷èñëå â ÔÑÑ
522 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
1,0
0,5
0
1
3
2
4
5
0,5 1,0 1,5 2,0
T/T1
q
E
A
Ðèñ. 11. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå çàâèñèìîñòè qEA(T) äëÿ
îáðàçöîâ ñèñòåìû GaõS ïðè ðàçëè÷íûõ õ: 1,50(1);
1,55(2); 1,60(3); 1,9(4); äëÿ GaõÌ ñ õ = 8,25(5).
Òàáëèöà. Çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííûõ Êþðè Ñ è ïàðàìàãíèòíîé òåìïåðàòóðû Êþðè ( äëÿ ñèñòåì GaxS è GaxM â áëèæíåé ê Tf
ÏÌ îáëàñòè, à òàêæå îïðåäåëåííûå èç óðàâíåíèé (9) è (10) âåëè÷èíû: d = D/J, T0 � J è "Tf – àíèçîòðîïíûé âêëàä â Tf
x
Ga
x
S
x
Ga
x
M
C,K (,K d T
0
,Ê "T,Ê C,K (,K d T
0
,Ê "T,Ê
1,4 – – 0,51 25 3 6,0 – 0,38 35 5
1,45 – – 0,53 26 7 7,0 – 0,58 62 18
1,5 190 49 0,47 30 7 7,5 – 0,65 107 38
1,55 190 2 0,5 26 6 7,75 86 123 0,48 90 20
1,6 190 –56 0,47 18 4 8,0 55 108 0,49 43 9
1,7 46 –37 – 8,25 27 96 0,49 39 8
1,9 5 –4 – 8,5 – – 0,50 29 6
ñîñòîÿíèÿõ, âåðîÿòíî, íåîáõîäèì áîëåå ñëîæíûé îä-
íîäîëèííûé ïàðàìåòð ïîðÿäêà.
3.6. Êîíöåíòðàöèîííûé ïåðåõîä ÔÑÑ–ÑÑ
Íà îñíîâàíèè ïðåäñòàâëåííûõ âûøå ðåçóëüòàòîâ
óñòàíîâëåíî, ÷òî èññëåäîâàííûå ñèëüíî è ñëàáî-
àíèçîòðîïíàÿ ñèñòåìû èìåþò îäíîòèïíûå ôàçîâûå
õ–Ò-äèàãðàììû, íà êîòîðûõ ñóùåñòâóþò îáëàñòè
ÔÌ è ÏÌ ñîñòîÿíèé, à òàêæå äâà òèïà ñïèí-ñòå-
êîëüíûõ. Ïðè ñ < ñ0, ãäå äàëüíèé ÔÌ ïîðÿäîê
ñîõðàíÿåòñÿ âïëîòü äî 0 Ê è ïðè T < Tf ñîñóùåñòâó-
åò ñî ñïèí-ñòåêîëüíûì, ýòî ñìåøàííîå ÔÑÑ ñîñòîÿ-
íèå. Ïðè ñ > ñ0, ãäå ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åííîñòü
�s = 0, ðåàëèçóåòñÿ «÷èñòîå» ÑÑ ñîñòîÿíèå. Êîíöåí-
òðàöèîííûé ïåðåõîä îò ÔÑÑ ñîñòîÿíèÿ (ôåððèìàã-
íèòíîå ñïèíîâîå ñòåêëî) ê ÑÑ õàðàêòåðèçóåòñÿ èñ-
÷åçíîâåíèåì ïðè ñ = ñ0 ÔÌ ïàðàìåòðà ïîðÿäêà �s è
ïîÿâëåíèåì ñïèí-ñòåêîëüíîãî qEA (äëÿ GaxS). Ñî-
ãëàñíî âûâîäàì òåîðèè ñðåäíåãî ïîëÿ, íà ôàçîâîé
õ–Ò-äèàãðàììå ýòîìó ïåðåõîäó ñîîòâåòñòâóþò âåðòè-
êàëüíûå ëèíèè 3 è 3� (ñì. ðèñ. 8). Òàêîå ðàñïîëîæå-
íèå ëèíèé 3 (3�) ïîêàçûâàåò, ÷òî íå ñóùåñòâóåò ïîñëå-
äîâàòåëüíîñòè ïåðåõîäîâ òèïà ÏÌ–ÔÌ–ÔÑÑ–ÑÑ
èëè ÏÌ–ÑÑ–ÔÑÑ è ò.ï. Â òåîðèè ñðåäíåãî ïîëÿ â
âîçâðàòíîé îáëàñòè âîçìîæíû ëèøü ïåðåõîäû
ÏÌ–ÔÌ–ÑÑ (ìîäåëü Èçèíãà) èëè ÏÌ–ÔÌ–ÔÑÑ
(ìîäåëü Ãåéçåíáåðãà), êîòîðûå è íàáëþäàëèñü ýêñ-
ïåðèìåíòàëüíî [1–3]. Â ÑÑ îáëàñòè ýòî òîëüêî ïå-
ðåõîäû ÏÌ–ÑÑ.
Íàì óäàëîñü îáíàðóæèòü åùå îäíî, ðàíåå íå îò-
ìå÷àâøååñÿ, ïðîÿâëåíèå êîíöåíòðàöèîííîãî ïåðå-
õîäà ÔÑÑ–ÑÑ [18]. Îíî òåì áîëåå çàñëóæèâàåò
âíèìàíèÿ, ÷òî íåïîñðåäñòâåííî ñâÿçàíî ñ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíî íàáëþäàåìûìè ñâîéñòâàìè ÑÑ. Ðå÷ü
èäåò îá èçìåíåíèè õîäà êîíöåíòðàöèîííîé çàâèñè-
ìîñòè êîýôôèöèåíòà ìàãíèòíîé âÿçêîñòè, êîòîðûé
ðåçêî (ñêà÷êîì) óìåíüøàåòñÿ ïðè ïåðåõîäå â ÑÑ ñî-
ñòîÿíèå. Íà ðèñ. 12 ïðåäñòàâëåíû êîíöåíòðàöèîí-
íûå çàâèñèìîñòè Sm(õ) ïðè òåìïåðàòóðàõ T =
= 0,4Tf(H) äëÿ GaxS è T = 0,6Tf(H) äëÿ GaxM â
ïîëå Í = 50 Ý. Òàêîå æå ñêà÷êîîáðàçíîå èçìåíåíèå
S(T,H) ïðè ñ = ñ0 èìååò ìåñòî è ïðè äðóãèõ òåìïå-
ðàòóðàõ. Ñêà÷îê S(T,H) ïðè ñ = ñ0 îçíà÷àåò, ÷òî äè-
íàìèêà ñèñòåìû â ÑÑ è ÔÑÑ ñîñòîÿíèÿõ, êîòîðàÿ
îïðåäåëÿåòñÿ âûñîòîé âíóòðèäîëèííûõ ýíåðãåòè÷å-
ñêèõ áàðüåðîâ, ðàçëè÷íà. Êðîìå òîãî, êðèòè÷åñêàÿ
êîíöåíòðàöèÿ ñ0 ðàçäåëÿåò íà õ–Ò-äèàãðàììå îáëàñ-
òè íå òîëüêî ñ ñèëüíî îòëè÷àþùèìèñÿ âåëè÷èíàìè,
íî è ñ ðàçëè÷íûìè êîíöåíòðàöèîííûìè çàâèñèìî-
ñòÿìè S(x): â ÑÑ îáëàñòè (ñ > c0) êîýôôèöèåíò ìàã-
íèòíîé âÿçêîñòè ñëàáî óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì õ, à â
âîçâðàòíîé, ÔÑÑ, ðåçêî óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè c � c0.
4. Ìåõàíèçìû ôîðìèðîâàíèÿ ñïèí-ñòåêîëüíûõ
ñîñòîÿíèé â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ
îêñèäàõ
4.1. Âëèÿíèå àíèçîòðîïèè
Ðåçþìèðóÿ ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëåííûå âûøå,
ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ðàññìàòðèâàåìûå ñëàáî- è
ñèëüíî àíèçîòðîïíàÿ ñèñòåìû ðàçáàâëåííûõ ôåððè-
ìàãíèòíûõ îêñèäîâ ñ êîðîòêîäåéñòâóþùèì îáìåí-
íûì âçàèìîäåéñòâèåì ïðîÿâëÿþò ÷åðòû ïîâåäåíèÿ,
ïðåäñêàçûâàåìûå òåîðèåé ñðåäíåãî ïîëÿ äëÿ ãåéçåí-
áåðãîâñêèõ ÑÑ ñèñòåì ñî ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèåé.
 êîëè÷åñòâåííîì ïëàíå íàèáîëåå çàìåòíûìè îêàçà-
ëèñü îòëè÷èÿ äèíàìè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ ñèñòåì
GaõM è GaõS, à òàêæå ïîëîæåíèå ëèíèé Tf(x) íà
ôàçîâûõ õ–Ò-äèàãðàììàõ. Îñîáåííî ÿðêî ýòî ïðî-
ÿâëÿåòñÿ â ÔÑÑ îáëàñòè, ãëå ëèíèÿ Tf(x) äëÿ ñèñòå-
ìû GaõM ðàñïîëîæåíà ãîðàçäî âûøå, ÷åì äëÿ
GaõS, îñîáåííî ïðè ïðèáëèæåíèè ê x0 — ìóëüòè-
êðèòè÷åñêîé òî÷êå õ–Ò-äèàãðàììû. Çíà÷åíèÿ êîýô-
ôèöèåíòîâ âÿçêîñòè S(x), â êàæäîé ñèñòåìå âîçðàñ-
òàþùèå ïðè x > x0, íàïðîòèâ, â GaõS ãîðàçäî âûøå,
÷åì â GaõM. Ïîñëåäíåå ïîêàçûâàåò, ÷òî àíèçîòðî-
ïèÿ ïîâûøàåò âûñîòó âíóòðèäîëèííûõ àêòèâàöèîí-
íûõ áàðüåðîâ. Îäíàêî ñàì ôàêò âîçðàñòàíèÿ S(x),
î÷åâèäíî, ñ àíèçîòðîïèåé ïðÿìî íå ñâÿçàí.
Ïðè ïåðåõîäå â ÑÑ ñîñòîÿíèÿ ðàçëè÷èÿ â ïîâåäå-
íèè îáåèõ ñèñòåì ñãëàæèâàþòñÿ. Õîä êîíöåíòðà-
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 523
1
2
CC ÔÑÑ
0
0,1
0,2
0,3
0,4
406080 Ñ0
ñ,%
S
,Ã
ñ
ñì
ã
m
3
–
1
#
#
Ðèñ. 12. Êîíöåíòðàöèîííûå çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà
ìàãíèòíîé âÿçêîñòè Sm(x) äëÿ ñèñòåì GaõS (1) è GaõÌ
(2) â ïîëå H =50 Ý ïðè òåìïåðàòóðàõ 0,4Tf(Í) è
0,6Tf(Í) ñîîòâåòñòâåííî.
öèîííûõ çàâèñèìîñòåé S(x) è çíà÷åíèÿ S äëÿ îáåèõ
ñèñòåì î÷åíü áëèçêè, ò.å. âêëàä àíèçîòðîïèè â îá-
ùóþ âûñîòó áàðüåðîâ, åñëè îí åñòü, íåçíà÷èòåëåí.
Ñóùåñòâåííûì ðåçóëüòàòîì ÿâëÿåòñÿ óñòàíîâëåííîå
ýêñïåðèìåíòàëüíî ðåçêîå ñáëèæåíèå ëèíèé Tf(x) â
ÑÑ îáëàñòè (ñì. ðèñ. 8).
Îáñóæäàÿ õîä çàâèñèìîñòåé Tf(x), ïðåæäå âñåãî
íåîáõîäèìî ó÷åñòü, ÷òî îïðåäåëÿþùèì ïðè âûÿñíå-
íèè ìåõàíèçìîâ ôîðìèðîâàíèÿ ñîñòîÿíèé ÑÑ òèïà
ÿâëÿåòñÿ òîò ôàêò, ÷òî êîíöåíòðàöèîííûå ãðàíèöû
ðàçëè÷íûõ ìàãíèòíûõ ñîñòîÿíèé íà õ–Ò-äèàãðàì-
ìàõ îáåèõ ñèñòåì ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò. Ýòî îäíî-
çíà÷íî óêàçûâàåò íà ãëàâíóþ ðîëü â ïðîöåññå ôîð-
ìèðîâàíèÿ ñïèí-ñòåêîëüíûõ ñîñòîÿíèé âîçìóùåíèÿ
îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.
Ìû ïðåäïðèíÿëè ïîïûòêó îöåíèòü âëèÿíèå
ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèè, èñïîëüçóÿ âûâîäû òåîðèè
ñðåäíåãî ïîëÿ [28], ñîãëàñíî êîòîðûì:
Tf �(0) = T
f
(0)[1 – (n + 2) d/2 (n + 1)1/2], (5)
T
f
(0) = T0[1 + (n – 1) d2]1/2
. (6)
Tf �(0) è Tf(0) — ýêïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëÿåìûå
âåëè÷èíû (ñì. êðèòè÷åñêîå ïîâåäåíèå); T0 � J —
òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà, îïðåäåëÿåìàÿ äèñïåðñèåé
îáìåíà; n = 3 (äëÿ êëàññè÷åñêèõ ãåéçåíáåðãîâñêèõ
ñïèíîâ); d = D/J. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà d è T0 ïðåä-
ñòàâëåíû â òàáëèöå.
Êàê âèäíî èç äàííûõ òàáëèöû, â ðàìêàõ èñïîëü-
çóåìîãî ïðèáëèæåíèÿ ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî ñëó÷àéíàÿ
àíèçîòðîïèÿ âëèÿåò íà âåëè÷èíó òåìïåðàòóðû ïåðå-
õîäà êàê â ÔÑÑ, òàê è â ÑÑ ñîñòîÿíèÿõ. Ýòî âëèÿ-
íèå îñëàáåâàåò ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò êðèòè÷åñêîé
äëÿ ñóùåñòâîâàíèÿ äàëüíåãî ÔÌ ïîðÿäêà êîíöåí-
òðàöèè ñ0, íî äîñòàòî÷íî ñèëüíî âûðàæåíî â åå áëè-
æàéøèõ îêðåñòíîñòÿõ.
Èíòåðåñíî îòìåòèòü, ÷òî ãðóáûå îöåíêè â ðàìêàõ
ìîäåëè ñðåäíåãî ïîëÿ ïðèâîäÿò ê òàêîìó æå ðåçóëü-
òàòó, êàê è â òåîðèè [9], ðàññìàòðèâàþùåé ãåéçåí-
áåðãîâñêèå ñèñòåìû ñ êîðîòêîäåéñòâèåì: âåëè÷èíà
àíèçîòðîïèè ñëàáî âëèÿåò íà çíà÷åíèÿ Tf â ÑÑ ñî-
ñòîÿíèÿõ. Òåì íå ìåíåå òå æå îöåíêè (â ðàìêàõ
ñðåäíåïîëåâîé òåîðèè) äëÿ ÔÑÑ îáëàñòè ïîêàçûâà-
þò, ÷òî è ïðè ó÷åòå àíèçîòðîïèè, âåðíåå åå äèñïåð-
ñèè, êîòîðàÿ â GaõM èç-çà íàëè÷èÿ êîíêóðèðóþùèõ
ìåõàíèçìîâ àíèçîòðîïèè ìîæåò áûòü áîëüøå, ÷åì â
GaõS, îáñóæäàþùèåñÿ ðàçëè÷èÿ â ïîëîæåíèè ëèíèé
Tf(x) îñòàþòñÿ (ñì. òàáëèöó). Ïî âñåé âèäèìîñòè,
ïðè ðàññìîòðåíèè ìåõàíèçìîâ ôîðìèðîâàíèÿ ñî-
ñòîÿíèé ÑÑ òèïà (ïðåæäå âñåãî, ÔÑÑ) â ðàçáàâëåí-
íûõ ôåððèìàãíåòèêàõ íåîáõîäèìî îäíîâðåìåííî ïðè-
íèìàòü âî âíèìàíèå íåñêîëüêî ôàêòîðîâ: êîðîòêîäåé-
ñòâóþùèé õàðàêòåð îáìåíà, ïîäðåøåòî÷íîå ñòðîåíèå,
êàòèîííîå ðàñïðåäåëåíèå íåìàãíèòíûõ èîíîâ ïî
ïîäðåøåòêàì è ïðîñòðàíñòâåííóþ íåîäíîðîäíîñòü èõ
ðàçìåùåíèÿ â êðèñòàëëå. Âñå ýòî âëèÿåò íà ñòðóêòóðó
ñîñòîÿíèé, èõ ïðîñòðàíñòâåííóþ íåîäíîðîäíîñòü,
âîçìîæíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ íåêîëëèíåàðíûõ ñòðóê-
òóð ðàçëè÷íûõ òèïîâ è ò.ä.
4.2. Ñòðóêòóðà ìàãíèòíûõ ñîñòîÿíèé.
Ýôôåêòû ïðîñòðàíñòâåííîé íåîäíîðîäíîñòè
Ïðè âîçìóùåíèè îáìåíà ïîñðåäñòâîì äèàìàã-
íèòíîãî ðàçáàâëåíèÿ â ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì
ñ íåèçáåæíîñòüþ âîçíèêàåò ïðîñòðàíñòâåííàÿ íåîä-
íîðîäíîñòü îáìåíà è íàìàãíè÷åííîñòè. Ýòî îáóñ-
ëîâëåíî äâóìÿ ïðè÷èíàìè: íåïîñðåäñòâåííî êî-
ðîòêîäåéñòâóþùèì õàðàêòåðîì îáìåíà è íàëè÷èåì
îáëàñòåé áëèæíåãî àòîìíîãî ïîðÿäêà [1]. Â êîëëè-
íåàðíîé ôåððèìàãíèòíîé ñòðóêòóðå ïåðâîíà÷àëüíî
ïîÿâëÿþòñÿ ãðóïïû ñêîøåííûõ ñïèíîâ ñ îñëàáëåí-
íûì îáìåíîì — îáëàñòè ëîêàëüíîé íåêîëëèíåàðíî-
ñòè (ÎËÍ). Èçîëèðîâàííûå ÎËÍ ïðåäñòàâëÿþò ñî-
áîé íåîäíîðîäíîñòè â êîëëèíåàðíîé ÔÌ ñòðóêòóðå,
êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü öåíòðàìè ïèííèíãà äëÿ äî-
ìåííûõ ãðàíèö è ïðèâîäèòü ê ýôôåêòàì ìàãíèòíîé
íåîáðàòèìîñòè. Êàê ïîêàçàíî Âèëëåéíîì [17], â ðå-
çóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ, ïî ñâîåìó ìåõàíèçìó
àíàëîãè÷íîãî âçàèìîäåéñòâèþ ÿäåðíûõ ñïèíîâ
Ñóëà–Íàêàìîðè, îòêëîíåíèå ñïèíîâ (ïîëÿðèçàöèÿ)
ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà êîíå÷íîå ðàññòîÿíèå îò äèà-
ìàãíèòíîé ïðèìåñè. Âñëåäñòâèå ýòîãî ïðè íåêîòî-
ðîé êîíöåíòðàöèè äèàìàãíèòíûõ ïðèìåñåé ÎËÍ
âçàèìîäåéñòâóþò, ò.å. ïåðåêðûâàþòñÿ. Ïîñêîëüêó
ïîòåíöèàë âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ÎËÍ èçìåíÿåòñÿ
c ðàññòîÿíèåì ïðîïîðöèîíàëüíî r–3, òî ïðè T � 0 Ê
ïåðåêðûòèÿ ÎËÍ ìîæíî îæèäàòü äàæå ïðè ñðàâíè-
òåëüíî ìàëûõ êîíöåíòðàöèÿõ äèàìàãíèòíûõ ïðèìå-
ñåé. Â ïðèñóòñòâèè ôðóñòðàöèé âîçíèêíîâåíèå äàëü-
íîäåéñòâóþùèõ êîððåëÿöèé ìåæäó ïîïåðå÷íûìè ñî-
ñòàâëÿþùèìè ñïèíîâ â ïëîñêîñòè XY ìîæåò ñîîòâåò-
ñòâîâàòü ïåðåõîäó â ñìåøàííîå ÔÑÑ ñîñòîÿíèå ñî
ñïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòüþ, ïàðàëëåëüíîé îñè Z.
Åãî ñòðóêòóðà àíàëîãè÷íà ñòðóêòóðå ñìåøàííîãî ñî-
ñòîÿíèÿ, ïîëó÷åííîãî Ãàáý è Òóëóçîì äëÿ ãåéçåíáåð-
ãîâñêèõ ìàãíåòèêîâ â ìîäåëè ñðåäíåãî ïîëÿ.
Ïðè T > Tf ÎËÍ ñíîâà ñòàíîâÿòñÿ èçîëèðîâàííû-
ìè. Íàëè÷èå òàêèõ íåîäíîðîäíîñòåé ïðèâîäèò ê
òîìó, ÷òî â ìàãíèòíîé ïîäñèñòåìå ìîãóò âîçíèêàòü
äîïîëíèòåëüíûå ñòåïåíè ñâîáîäû [17]. Äåéñòâèòåëü-
íî, äëÿ 0,9 � x � 1,2 â áëèæíåé ê Tf îáëàñòè (T > Tf)
íà òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòÿõ ìàãíèòíîé ÷àñòè
òåïëîåìêîñòè íà ôîíå áëîõîâñêîãî çàêîíà
C T T /( ) � 3 2 îáíàðóæåíû øèðîêèå ðàçìûòûå ìàêñè-
ìóìû [19]. Òàêîå ïîâåäåíèå èëëþñòðèðóþò ðåçóëüòà-
òû, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 9 äëÿ õ = 1,2. Êàê âèäíî
èç ýòèõ äàííûõ, ïðè óäàëåíèè îò Tf ïîÿâëÿþòñÿ
524 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
íîâûå ìàêñèìóìû è â öåëîì ýòè íåðåãóëÿðíûå êðèâûå
Ñ(Ò) èäóò íèæå, ÷åì ñëåäîâàëî áû èç çàêîíà T3/2.
Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñòåïåíè ðàçáàâëåíèÿ äîëÿ
ñêîøåííûõ ñïèíîâ âñå áîëåå óâåëè÷èâàåòñÿ, è â êî-
íå÷íîì èòîãå íåîäíîðîäíîñòÿìè ñòàíîâÿòñÿ îáëàñòè
(êëàñòåðû) ñ ñèëüíûì îáìåíîì, ëèíåéíûå ðàçìåðû
êîòîðûõ ìîãóò äîñòèãàòü ñîòåí àíãñòðåì [19]. Òàêóþ
ïðîñòðàíñòâåííî-íåîäíîðîäíóþ ñòðóêòóðó ìîæíî
ïðåäñòàâèòü â âèäå äâóõ îáìåííî-ñâÿçàííûõ ïîäñèñ-
òåì — ìàòðèöû ôðóñòðèðîâàííûõ ñïèíîâ ñ îñëàá-
ëåííûì îáìåíîì è ïîãðóæåííûõ â íåå êëàñòåðîâ ñ
ñèëüíûì âíóòðåííèì îáìåíîì. Òèï ìàãíèòíîãî óïî-
ðÿäî÷åíèÿ â êðèñòàëëå îïðåäåëÿåòñÿ ñîñòîÿíèåì
ìàòðèöû è ìîæåò áûòü ëþáûì — ÏÌ, ÔÌ, ÔÑÑ
èëè ÑÑ.
 ðàññìàòðèâàåìûõ ñèñòåìàõ GaxS è GaxM ïðè-
çíàêè íåîäíîðîäíîñòè ïåðâîíà÷àëüíî ïðîÿâëÿþòñÿ
â âèäå ðàçìûòèÿ õîäà íèçêîïîëåâûõ ïîëèòåðì íà-
ìàãíè÷åííîñòè �H(T) â ðàéîíå TC (ñì. ðèñ. 1, 2).
Ïðîñòðàíñòâåííàÿ íåîäíîðîäíîñòü âñåõ òèïîâ
ñîñòîÿíèé âûðàæåíà îñîáåííî ñèëüíî ïðè õ, áëèç-
êèõ ê ìóëüòèêðèòè÷åñêîé òî÷êå õ–Ò-äèàãðàììû. Ïî
ýòîé ïðè÷èíå â î÷åíü øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðà-
òóð (íàâåðíÿêà çàõâàòûâàþùåì ÏÌ îáëàñòü), êàê
ïðè ñ < c0, òàê è ïðè ñ > c0, èçîòåðìû íàìàãíè÷åííî-
ñòè �Ò(Í) âèçóàëüíî èìåþò ñîâåðøåííî îäèíàêî-
âûé âèä; èõ ôîðìà ïîäîáíà êðèâûì íàìàãíè÷èâà-
íèÿ ñóïåðïàðàìàãíåòèêà [19].
Èíòåðåñíûé ýôôåêò, ïîäòâåðæäàþùèé ðåàëè-
ñòè÷íîñòü êëàñòåðíîé ìîäåëè ïðîñòðàíñòâåííîé íå-
îäíîðîäíîñòè ÔÌ ñîñòîÿíèÿ, óäàëîñü íàáëþäàòü
äëÿ îáðàçöà Ga1,4S. Ïðè Òf $ T $ TC îáíàðóæåíà ðå-
ëàêñàöèÿ íàìàãíè÷åííîñòè, ïðè÷åì â çàâèñèìîñòè
îò ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îêíà (Ò–Í) óìåíüøåíèå
íàìàãíè÷åííîñòè ìîãëî áûòü ëèáî ýêñïîíåíöèàëü-
íûì, ëèáî ñëåäîâàòü ëîãàðèôìè÷åñêîìó çàêîíó ñ
S $ 0 [34]. Òàêîå ïîâåäåíèå ïðèñóùå àíñàìáëþ ñóïåð-
ïàðàìàãíèòíûõ ÷àñòèö, îïèñûâàåìîìó øèðîêîé, íî íå
ìîíîòîííîé ôóíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ F(Ì) [35].
Ïîäòâåðæäåíèåì ïðàâîìåðíîñòè îáñóæäàåìîé
ìîäåëè ìîãóò ñëóæèòü òàêæå äàííûå íåéòðîíîãðà-
ôè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé — êàê ëèòåðàòóðíûå [2],
òàê è ïîëó÷åííûå íàìè ñîâìåñòíî ñ Ã.À. Òàêçååì è
åãî ñîòðóäíèêàìè â Èíñòèòóòå ÿäåðíûõ èññëåäîâà-
íèé ÍÀÍ Óêðàèíû íà îáðàçöå Ga1,35S [25]. Íà
ðèñ. 13 ïðåäñòàâëåíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü
ïîëóøèðèíû ñòðóêòóðíîãî ìàãíèòíîãî ðåôëåêñà
"W, ïðîïîðöèîíàëüíîé îáðàòíîìó êîððåëÿöèîííî-
ìó ðàäèóñó: rC = 0,94*/"Wcos +, ãäå * = 1,22 Å,
� — óãîë ðàññåÿíèÿ íåéòðîíîâ. Âèäíî, ÷òî ïî ìåðå
ïðèáëèæåíèÿ ê TC
+ (çäåñü âåëè÷èíà TC îïðåäåëÿåò-
ñÿ åùå äîñòàòî÷íî õîðîøî, ñì. ðèñ. 1) îáðàòíûé
êîððåëÿöèîííûé ðàäèóñ rC
�1 ïðàêòè÷åñêè ëèíåéíî
óìåíüøàåòñÿ, íî îñòàåòñÿ êîíå÷íûì è ïðè T � TC
(rC � 600 Å). Èìåííî òàêîãî ðîäà íåéòðîíîãðàôè÷å-
ñêèå ðåçóëüòàòû ïîñëóæèëè ïîâîäîì äëÿ ñîìíåíèé
îòíîñèòåëüíî âîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ äàëüíåãî
ÔÌ ïîðÿäêà â ïðîñòðàíñòâåííî-íåîäíîðîäíûõ ñèñ-
òåìàõ, õîòÿ äàííûå ìàãíèòíûõ èññëåäîâàíèé â
áîëüøèíñòâå «ñîìíèòåëüíûõ ñèòóàöèé» óêàçûâàþò
íà åãî ñîõðàíåíèå.
Äëÿ ðàçðåøåíèÿ ýòîãî ïðîòèâîðå÷èÿ â [36] íà îñ-
íîâàíèè ðåçóëüòàòîâ êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâà-
íèÿ áûëà ïðåäëîæåíà ýâðèñòè÷åñêàÿ ìîäåëü, ñî-
ãëàñíî êîòîðîé
r T r x r TC CT
� � �� ,1
0
1 1( ) ( ) ( )" , (7)
ãäå r0("õ) îïðåäåëÿåò ñðåäíèé ðàçìåð ïåðêîëÿöè-
îííîãî êëàñòåðà è çàâèñèò îò áëèçîñòè êîíöåíòðà-
öèè "õ ê ïîðîãó ïåðêîëÿöèè, à rCT(T) — òåðìè÷å-
ñêèé êîððåëÿöèîííûé ðàäèóñ. Âåëè÷èíà r x0
1� ( )"
îñòàåòñÿ êîíå÷íîé âî âñåé îáëàñòè òåìïåðàòóð T �
� TC, à ïðåõîä â TC ñ îáðàçîâàíèåì äàëüíåãî ÔÌ
ïîðÿäêà ñâÿçàí ñ èçìåíåíèåì r TCT
�1 ( ).
Ïðîöåññ ôîðìèðîâàíèÿ ñîñòîÿíèé ÑÑ òèïà îòðà-
æàåò íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ÷àñòü çàâèñèìîñòè "W(T)
íà ðèñ. 13. Âèäíî, ÷òî ïðè T � 0 Ê, íà÷èíàÿ ñ Tf,
ïðîèñõîäèò ïîñòåïåííîå óìåíüøåíèå r0("õ). Ýòî îç-
íà÷àåò, ÷òî âñå áîëüøåå ÷èñëî ñïèíîâ ðàçóïîðÿäî÷è-
âàåòñÿ, ïåðåõîäÿ èç ïîäñèñòåìû êëàñòåðîâ â ïîäñèñ-
òåìó ôðóñòðèðîâàííûõ ñïèíîâ (ò.å. â ìàòðèöó).
Îäíàêî íåîäíîðîäíîñòè â âèäå äîñòàòî÷íî êðóïíûõ
(l � 102
Å äëÿ õ = 1,35 â GaõS) ôåððèìàãíèòíûõ
êëàñòåðîâ ñîõðàíÿþòñÿ âïëîòü äî 0 Ê. Äëÿ GaõS,
âåðîÿòíî, ÔÑÑ ñîñòîÿíèå ïðè 0,9 � x < 1,2 ìîæíî
ñ÷èòàòü îäíîðîäíûì â òîì ñìûñëå, ÷òî åãî ñòðóêòóð-
íûìè åäèíèöàìè ÿâëÿþòñÿ îòäåëüíûå ôðóñòðèðî-
âàííûå ñïèíû. Òîëüêî â ýòîé îáëàñòè êîíöåíòðàöèé
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 525
80
60
40
0 100 200 300
0
4
8
12
Tf
TC
"
W
, ì
è
í
r
, 1
0
–
1
–
3
–
1
Å
C
T, K
Ðèñ. 13. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ïîëóøèðèíû ìàãíèò-
íîãî ðåôëåêñà (111) äëÿ îáðàçöà Ga1,35S. Çàøòðèõîâàí-
íàÿ îáëàñòü ñ ó÷åòîì ïîãðåøíîñòè ñîîòâåòñòâóåò èíñòðó-
ìåíòàëüíîé øèðèíå.
ïðîöåññ ïåðåõîäà â ÔÑÑ ñîñòîÿíèå ïî òåìïåðàòóðå
ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê çàìåðçàíèå â ñëó÷àéíûõ
íàïðàâëåíèÿõ ïîïåðå÷íûõ ñîñòàâëÿþùèõ ñïèíîâ.
Ïðè áîëüøåì ñîäåðæàíèè Ga3+, ò.å. 1,2 < x < 1,5, â
ïðîöåññå çàìåðçàíèÿ ó÷àñòâóþò íå òîëüêî ñïèíû
ôðóñòðèðîâàííîé ìàòðèöû, íî è îáìåííî-ñâÿçàí-
íûå ñ íåé êëàñòåðû, ðàçìåðû êîòîðûõ óìåíüøàþòñÿ
ïðè Ò � 0 Ê. Ïðîöåññ çàìåðçàíèÿ ìàãíèòíûõ ìî-
ìåíòîâ êëàñòåðîâ ïðè T < Tf îòëè÷àåòñÿ îò «ñóïåð-
ïàðàìàãíèòíîãî», òàê êàê îïðåäåëÿåòñÿ ãëàâíûì îá-
ðàçîì îáìåííûìè ñèëàìè, à íå àíèçîòðîïèåé.
Îòìåòèì, ÷òî âîçðàñòàíèå S(õ) â ÔÑÑ îáëàñòè, ïî
âñåé âèäèìîñòè, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ýôôåêò,
ñâÿçàííûé ñ âëèÿíèåì ïðîñòðàíñòâåííîé íåîäíî-
ðîäíîñòè íà âûñîòó âíóòðèäîëèííûõ ýíåðãåòè÷å-
ñêèõ áàðüåðîâ è ó÷àñòèåì êëàñòåðîâ â ïðîöåññàõ ÑÑ
ðåëàêñàöèè.
Ïðè ñ > c0, êîãäà äàëüíèé ÔÌ ïîðÿäîê óæå îò-
ñóòñòâóåò, äëÿ 1,5 < x � 1,7 â áëèæíåé ê Tf ÏÌ îá-
ëàñòè òàêæå íàáëþäàåòñÿ «ñóïåðïàðàìàãíèòíîå» ïî-
âåäåíèå. Çíà÷èò, òàêîé æå, êàê íà ïðåäñòàâëåííûé
ðèñ. 13, ïðîöåññ çàìåðçàíèÿ ñïèíîâ èìååò ìåñòî è â
ÑÑ ñîñòîÿíèÿõ. Ñóäÿ ïî ïðèâåäåííûì â òàáëèöå
äàííûì, ïðè x > 1,6 íà÷èíàåòñÿ ðåçêîå óìåíüøåíèå
ïîñòîÿííîé Êþðè Ñ, ò.å. ðàçìåðîâ êëàñòåðîâ â ÏÌ
îáëàñòè. Ñëåäîâàòåëüíî, óìåíüøàåòñÿ è ïðîñòðàíñò-
âåííàÿ íåîäíîðîäíîñòü ÑÑ ñîñòîÿíèé. Ïðè õ = 1,9 ÑÑ
ìîæíî ñ÷èòàòü îäíîðîäíûì, íà÷èíàÿ ïðàêòè÷åñêè ñ
òåìïåðàòóðû çàìåðçàíèÿ. Îäíàêî äëÿ x < 1,9 ïåðåõîä
ÏÌ � ÑÑ åñòü ïåðåõîä ìåæäó ïðîñòðàíñòâåííî-íåîä-
íîðîäíûìè êëàñòåðíûìè ñîñòîÿíèÿìè. Ïî ìåðå ïîíè-
æåíèÿ òåìïåðàòóðû â èíòåðâàëå 0 Ê < T < Tf ÑÑ
ñîñòîÿíèÿ ñòàíîâÿòñÿ âñå áîëåå îäíîðîäíûìè. Â
îáùèõ ÷åðòàõ òàêàÿ æå êàðòèíà, î÷åâèäíî, èìååò
ìåñòî è äëÿ GaõM.
4.3. Íîâîå ôðóñòðèðîâàííîå ñîñòîÿíèå è ëèíèÿ
òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ ïåðâîãî
ðîäà â âîçâðàòíîé îáëàñòè õ–Ò-äèàãðàììû
Ïðè÷èíû ðàçëè÷íîãî ïîëîæåíèÿ ëèíèé Tf(x) äëÿ
GaõS è GaõÌ â âîçâðàòíîé îáëàñòè õ–Ò-äèàãðàììû
òðóäíî îáúÿñíèòü â ðàìêàõ ïðåäñòàâëåíèé, îáñóæ-
äàâøèõñÿ âûøå. Èç îòëè÷èòåëüíûõ ïðèçíàêîâ ðàñ-
ñìàòðèâàåìûõ ìîäåëüíûõ ñèñòåì äî ñèõ ïîð ïî÷òè íå
ïðèíèìàëîñü âî âíèìàíèå èõ ïîäðåøåòî÷íîå ñòðîå-
íèå. Âìåñòå ñ òåì â ìíîãîïîäðåøåòî÷íûõ ôåððèìàã-
íèòíûõ îêñèäàõ äèàìàãíèòíîå çàìåùåíèå â ðàçëè÷-
íûõ ïîäðåøåòêàõ ïðèâîäèò ê íåðàâíîöåííûì
âîçìóùåíèÿì îáìåíà [13]. Êàê óæå óïîìèíàëîñü,
áîëüøóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ìàãíèòíîé ñòðóêòó-
ðû â Ì-ôåððèòå èãðàþò ìàãíèòîàêòèâíûå èîíû
R-áëîêà (ïîäðåøåòêè 2b è 4f2). Îíè ðàçäåëÿþò øïè-
íåëüíûå áëîêè S, ñîäåðæàùèå 75% îò îáùåãî êîëè÷å-
ñòâà ìàãíèòíûõ èîíîâ. Âîçìîæíû äâà ïóòè âëèÿíèÿ
íà âåëè÷èíó Tf(x) â GaõÌ çàìåùåíèÿ èîíîâ Fe3+ â
2b-ïîäðåøåòêå. Ïåðâûé èç íèõ ïðàêòè÷åñêè íå âûõî-
äèò çà ðàìêè òðàäèöèîííîãî ïîäõîäà: èñêëþ÷åíèå èç
îáìåíà 2b-èîíîâ ïðèâîäèò ê áîëåå çíà÷èòåëüíîìó ïî
ñðàâíåíèþ ñ çàìåùåíèåì â øïèíåëüíîì áëîêå óâåëè-
÷åíèþ äèñïåðñèè îáìåíà J. Âòîðîé ïðåäïîëàãàåò,
ñêîðåå êà÷åñòâåííîå, íåæåëè êîëè÷åñòâåííîå, âëèÿíèå
òàêîãî çàìåùåíèÿ: îñëàáëåíèå îáìåííîé ñâÿçè ìåæäó
øïèíåëüíûìè áëîêàìè ìîæåò ïðèâåñòè ê èçìåíåíèþ
òèïà ñïèíîâîãî óïîðÿäî÷åíèÿ, à èìåííî, ôîð-
ìèðîâàíèþ íåêîëëèíåàðíîé ñòðóêòóðû. Òàêîå èçìå-
íåíèå îáíàðóæåíî íåéòðîíîãðàôè÷åñêè â ñèñòåìå
BaFe12–õInõO19(InõM) ïðè õ 3,0, êîãäà ïîðÿäêà 70%
ïîçèöèé 2b çàíÿòû íåìàãíèòíûìè èîíàìè In3+ [37]. Â
ðåçóëüòàòå ýòîãî ïðè Ò � 110 Ê ôîðìèðóåòñÿ ñòðóêòó-
ðà òèïà áëî÷íîé ñïèðàëè. Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåí-
íûå íàìè, ïîêàçàëè, ÷òî â In3,6M ïðè Tf = 85 Ê ïðî-
èñõîäèò ïåðåõîä â ñîñòîÿíèå êëàñòåðíîãî ñïèíîâîãî
ñòåêëà (ÏÌ–ÑÑ), êîòîðîå îáíàðóæèâàåò ïîëíûé íà-
áîð ïåðå÷èñëåííûõ ðàíåå êàíîíè÷åñêèõ ïðèçíàêîâ
ÑÑ ñîñòîÿíèÿ [38–40].
 ñâÿçè ñ ýòèì âîçíèêëà ãèïîòåçà, ÷òî â ÔÑÑ
îáëàñòè, ïîìèìî ëèíèé ÒÑ(õ) è Tf(x), äîëæíà ñó-
ùåñòâîâàòü òðåòüÿ ëèíèÿ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ ìåæäó
êîëëèíåàðíîé (â ìàêðîñêîïè÷åñêîì ñìûñëå) è ðåãó-
ëÿðíîé íåêîëëèíåàðîé ÔÌ ñòðóêòóðàìè. Ñîãëàñíî
ýòîé ãèïîòåçå, ðàçëè÷íîå ïîëîæåíèå ëèíèé Tf(x)
äëÿ ñèñòåì GaõS è GaõÌ îáóñëîâëåíî äâóìÿ ïðè÷è-
íàìè: ðàçëè÷íûìè òèïàìè íåêîëëèíåàðíûõ ñòðóê-
òóð, êîîðûå ôîðìèðóþòñÿ ïðè ðàçáàâëåíèè; ðàç-
ëè÷íîé óñòîé÷èâîñòüþ ýòèõ íåêîëëèíåàðíûõ
ñòðóêòóð ê âîçäåéñòâèþ ôðóñòðàöèé. Äëÿ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíîé ïðîâåðêè ýòèõ ïðåäïîëîæåíèé â ïåðâóþ
î÷åðåäü áûëà âûáðàíà áîëåå ïðîñòàÿ ñèñòåìà GaõS è
èñïîëüçîâàí êëàññè÷åñêèé ìåòîä îáíàðóæåíèÿ òåð-
ìîäèíàìè÷åñêèõ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ — èññëåäîâà-
íèå òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé ìàãíèòíîé ÷àñòè
òåïëîåìêîñòè. Êàê âèäíî èç äàííûõ íà ðèñ. 9, 14 è
15, â èíòåðâàëå òåìïåðàòóð ìåæäó Tf è ÒÑ ïðè Ò1(õ)
äåéñòâèòåëüíî ñóùåñòâóåò ôàçîâûé ïåðåõîä ïåðâîãî
ðîäà (ÔÏ-I), êîòîðûé ïðîÿâëÿåòñÿ â âèäå î÷åíü óç-
êîãî è ðåçêîãî ìàêñèìóìà íà çàâèñèìîñòè C T( )
[19,24]. Äëÿ õ = 1,45 è 1,4 ïðè ýòèõ æå òåìïåðàòó-
ðàõ îáíàðóæåíî ðåçêîå èçìåíåíèå íàìàãíè÷åííîñòè
[19]. Ëèíèÿ Ò1(õ) íà ôàçîâîé äèàãðàììå ðèñ. 8 çà-
êàí÷èâàåòñÿ ïðè õ = 0,8 êðèòè÷åñêîé òî÷êîé, òàê
êàê ÔÏ ïðè õ = 0,8 èìååò ÷åðòû ÔÏ-II (ñì. ðèñ.
14).  ÷àñòíîñòè, çäåñü óæå îòñóòñòâóåò ãèñòåðåçèñ:
õîä Ñ(Ò) ïðè íàãðåâå è îõëàæäåíèè îáðàçöà ñîâïà-
äàåò. Ïðè Ò � 0 Ê äëÿ Ñ(Ò) âûïîëíÿåòñÿ çàêîí ñïè-
íîâûõ âîëí Ò3/2, à íå ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü, êàê
ïðè õ 0,9. Äëÿ îáðàçöà Ga0,7S êàêèõ-ëèáî àíîìà-
ëèé íà çàâèñèìîñòÿõ Ñ(Ò), óêàçûâàþùèõ íà ïðèñóò-
526 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
ñòâèå ôàçîâîãî ïðåâðàùåíèÿ â îáëàñòè 4,2–20 Ê, íå
îáíàðóæåíî.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîäòâåðäèëè íàøó ãèïî-
òåçó î ñóùåñòâîâàíèè òðåòüåé ëèíèè ôàçîâûõ ïåðå-
õîäîâ â âîçâðàòíîé îáëàñòè õ–Ò-äèàãðàììû. Îäíàêî
îáíàðóæåííûé ÔÏ-I â GaõS íå ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ
îáðàçîâàíèåì ðåãóëÿðíîé íåêîëëèíåàðíîé ñòðóêòó-
ðû. Íàëè÷èå êðèòè÷åñêîé òî÷êè (õ = 0,8), êîòîðîé
çàêàí÷èâàåòñÿ ëèíèÿ Ò1(õ), îçíà÷àåò, ÷òî îíà
ðàçäåëÿåò ôàçû ñ îäèíàêîâîé ñèììåòðèåé. Íî ïðè
T > Ò1(õ) — ýòî ÔÌ ñîñòîÿíèå ñî ñòàòèñòè÷åñêîé
íåêîëëèíåàðíîñòüþ (ÎËÍ). Òàêèì îáðàçîì, ïîëó-
÷åííûå ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò íå òîëüêî î ïðè-
ñóòñòâèè íà õ–Ò-äèàãðàììå íåèçâåñòíîé ðàíåå ëèíèè
ÔÏ-I, íî è î ôîðìèðîâàíèè ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðà-
òóðû êàêîé-òî íîâîé ôðóñòðèðîâàííîé òåðìîäèíàìè-
÷åñêîé ôàçû, ïðåäøåñòâóþùåé ïî òåìïåðàòóðå ÔÑÑ
ñîñòîÿíèþ. Ýòî êîðåííûì îáðàçîì èçìåíÿåò ïðåä-
ñòàâëåíèÿ î ìåõàíèçìàõ ôîðìèðîâàíèÿ ÔÑÑ
ñîñòîÿíèé, ðàçâèâàåìûå â ñðåäíåïîëåâîé òåîðèè, è,
âîçìîæíî, ïîñëóæèò òîë÷êîì äëÿ äàëüíåéøèõ òåîðå-
òè÷åñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ôðóñò-
ðèðîâàííûõ ìàãíèòíûõ ñîñòîÿíèé òèïà ÑÑ.
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî, õîòÿ äëÿ GaõS âî
âñåé îáëàñòè êîíöåíòðàöèé óïîðÿäî÷åííûå íåêîë-
ëèíåàðíûå ñòðóêòóðû íå ðåàëèçóþòñÿ, äëÿ ìíîãî-
ïîäðåøåòî÷íîé ñèñòåìû GaõÌ àïðèîðè òàêîé âàðè-
àíò ïîëíîñòüþ èñêëþ÷èòü íåëüçÿ. Ïîëó÷åííûå
ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî êîíöåíòðàöèîííûå
ôàçîâûå äèàãðàììû ôðóñòðèðîâàííûõ ñèñòåì ìîãóò
áûòü ãîðàçäî ñëîæíåå, ÷åì ñëåäóåò èç òåîðèè ñðåä-
íåãî ïîëÿ. Äàëüíåéøåå èçó÷åíèå ôðóñòðèðîâàííûõ
ñîñòîÿíèé â ìíîãîïîäðåøåòî÷íûõ ìàãíèòíûõ îêñè-
äàõ â ýòîì ïëàíå î÷åíü ïåðñïåêòèâíî.
Çàêëþ÷åíèå
 ðåçóëüòàòå ñèñòåìàòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ ìàã-
íèòíûõ è òåïëîâûõ ñâîéñòâ ìîäåëüíûõ ôðóñòðèðî-
âàííûõ ñèñòåì ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ
îêñèäîâ – ñëàáîàíèçîòðîïíîé äâóõïîäðåøåòî÷íîé
Li0,5Fe2,5–xGaxO4 (GaxS) è ñèëüíî àíèçîòðîïíîé
ïÿòèïîäðåøåòî÷íîé BaFe12–xGaxO19 (GaxM), êîòî-
ðûå îòíîñÿòñÿ ê êëàññó ãåéçåíáåðãîâñêèõ ìàãíåòè-
êîâ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì, óñòàíîâëåíî ñëåäóþùåå.
1. Äëÿ îáåèõ ñèñòåì ñóùåñòâóåò èíòåðâàë êîíöåí-
òðàöèé õ ñ ÷åòêî âûðàæåííîé íèæíåé ãðàíèöåé, ãäå
íàáëþäàþòñÿ êàíîíè÷åñêèå ïðèçíàêè ñîñòîÿíèé ÑÑ
òèïà. Â ïðèñóòñòâèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïåðåõîä â ýòè
ñîñòîÿíèÿ ïðè òåìïåðàòóðå Tf(H) ïðîèñõîäèò âäîëü
ëèíèé êðèòè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ, ïðåäñêàçàííûõ â
òåîðèè ñðåäíåãî ïîëÿ ñ áåñêîíå÷íûì ðàäèóñîì äëÿ
ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåì ñî ñëó÷àéíîé àíèçîòðîïèåé:
� � H /2 3 â ìàëûõ ïîëÿõ è � �� H2 â áîëüøèõ.
Ïîëó÷åíû ÿâíûå ñâèäåòåëüñòâà òîãî, ÷òî âñå
òèïû ìàãíèòíûõ ñîñòîÿíèé ïðè ñîäåðæàíèè íåìàã-
íèòíûõ èîíîâ ïîðÿäêà 60–70% èìåþò ïðîñòðàíñò-
âåííî-íåîäíîðîäíûå ñòðóêòóðû êëàñòåðíîãî òèïà.
Íåñìîòðÿ íà ýòî, îáùèé âèä êîíöåíòðàöèîííûõ
õ–Ò-ôàçîâûõ äèàãðàìì, ïîñòðîåííûõ íà îñíîâàíèè
ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâàíèÿ êàíîíè÷åñêèõ ÑÑ ñâîéñòâ
è îïðåäåëåíèÿ îáëàñòè ñóùåñòâîâàíèÿ äàëüíåãî ÔÌ
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 527
2
1
12 14 16
T, K
5
4
3
Ñ
,1
0
Ä
æ
Ê
ã
–
3
–
1
–
1
#
#
Ðèñ. 15. Ôðàãìåíòû çàâèñèìîñòåé Ñ(Ò) äëÿ Ga0,9S è
Ga1,2S â îáëàñòè ôàçîâîãî ïåðåõîäà ïåðâîãî ðîäà.
0 5 10 15 20
T, K
8 9 10
0,9
1,0
1,1
1,2
6
4
2
Ñ
,1
0
Ä
æ
Ê
ã
–
3
–
1
–
1
#
#
Ðèñ. 14. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîé ÷àñòè
òåïëîåìêîñòè Ñ äëÿ îáðàçöîâ Ga0,9S è Ga0,8S. Íà âñòàâ-
êå: ôðàãìåíò çàâèñèìîñòè Ñ(Ò) îáðàçöà Ga0,8S â îáëàñ-
òè ôàçîâîãî ïåðåõîäà âòîðîãî ðîäà (êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà
íà çàâèñèìîñòè Ò1(õ) ðèñ. 8.).
ïîðÿäêà, ñîâïàäàåò ñ ïðåäñêàçàííûì â òåîðèè
ñðåäíåãî ïîëÿ. Íà õ–Ò-äèàãðàììå ïðèñóòñòâóþò îá-
ëàñòè ÔÌ è ÏÌ ñîñòîÿíèé, à òàêæå äâóõ òèïîâ íå-
óïîðÿäî÷åííûõ — òèïà ÑÑ: ñìåøàííîå ñîñòîÿíèå
ÔÑÑ, â êîòîðîì ïðè Ò < Tf ñîñóùåñòâóþò ÔÌ è ÑÑ
ïîðÿäîê, è «÷èñòîå» ñïèíîâîå ñòåêëî, ãäå ñïîíòàí-
íàÿ íàìàãíè÷åííîñòü �s = 0. Äëÿ ñèñòåìû GaxS ïå-
ðåõîä ÏÌ�ÑÑ ïðè Ò = Tf ìîæåò áûòü îïèñàí
îäíîêîìïîíåíòíûì ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà qÅÀ. Îáíà-
ðóæåíî, ÷òî êîíöåíòðàöèîííûé ïåðåõîä ÔÑÑ�ÑÑ
ïðè êîíöåíòðàöèè ñ0 (ìóëüòèêðèòè÷åñêàÿ òî÷êà
õ–Ò-äèàãðàììû) ñîïðîâîæäàåòñÿ íå òîëüêî èñ÷åç-
íîâåíèåì ÔÌ ïàðàìåòðà ïîðÿäêà (ñïîíòàííàÿ íà-
ìàãíè÷åííîñòü îáðàùàåòñÿ â íóëü), íî è èçìåíåíèåì
õîäà çàâèñèìîñòåé S(x) — ñêà÷êîîáðàçíûì èçìåíå-
íèåì âåëè÷èíû êîýôôèöèåíòà ìàãíèòíîé âÿçêîñòè,
êîòîðûé ñâÿçàí ñ âûñîòîé âíóòðèäîëèííûõ àêòèâà-
öèîííûõ áàðüåðîâ è õàðàêòåðèçóåò ïðîöåññû äîëãî-
âðåìåííîé ëîãàðèôìè÷åñêîé ðåëàêñàöèè íåðàâíî-
âåñíîé íàìàãíè÷åííîñòè �ZFC.
Ñîâïàäåíèå êîíöåíòðàöèîííûõ ãðàíèö íåóïîðÿ-
äî÷åííûõ ñîñòîÿíèé îáîèõ òèïîâ íà õ–Ò-äèàãðàì-
ìàõ ñëàáî- è ñèëüíî àíèçîòðîïíîé ñèñòåì ñâèäåòåëü-
ñòâóåò îá îáìåííîì ìåõàíèçìå ôîðìèðîâàíèÿ
ñïèí-ñòåêîëüíûõ ñîñòîÿíèé, êîòîðûé, ñîãëàñíî ðå-
çóëüòàòàì òåîðåòè÷åñêîãî ðàññìîòðåíèÿ, â ãåéçåí-
áåðãîâñêèõ ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâèåì ìîæåò ðåà-
ëèçîâàòüñÿ òîëüêî â ïðèñóòñòâèè àíèçîòðîïèè.
Ëèíèè Tf(x), ïîëîæåíèå êîòîðûõ â ÔÑÑ îáëàñòè
(ñ < c0) äëÿ GaxS è GaxM çàìåòíî îòëè÷àåòñÿ, ðåçêî
ñáëèæàþòñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò c0 â ÑÑ îáëàñòü
(ñ > c0). Ýòî ïîäòâåðæäàåò òåîðåòè÷åñêèé âûâîä,
÷òî â ãåéçåíáåðãîâñêèõ ñèñòåìàõ ñ êîðîòêîäåéñòâè-
åì àíèçîòðîïèÿ íå îêàçûâàåò áîëüøîãî âëèÿíèÿ íà
âåëè÷èíó Tf. Ïîñëåäíÿÿ îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì
äèñïåðñèåé îáìåíà J.
Íà ïðèìåðå ñèñòåìû GaxS óñòàíîâëåíî, ÷òî ôàçî-
âàÿ õ–Ò-äèàãðàììà ìîæåò èìåòü áîëåå ñëîæíûé
âèä, îòëè÷àþùèéñÿ îò êàíîíè÷åñêîãî.  âîçâðàòíîé
(ÔÑÑ) îáëàñòè ôàçîâîé äèàãðàììû ìåæäó ëèíèÿ-
ìè òî÷åê Êþðè è Tf(õ) îáíàðóæåíà íîâàÿ ëèíèÿ
òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ ïåðâîãî
ðîäà Ò1(õ), çàêàí÷èâàþùàÿñÿ êðèòè÷åñêîé òî÷êîé
ïðè õ = 0,8. Òàêèì îáðàçîì, ìåæäó ÔÌ è ÔÑÑ ñî-
ñòîÿíèÿìè ñóùåñòâóåò íåèçâåñòíàÿ ðàíåå ôðóñòðè-
ðîâàíàÿ ôàçà, ñèììåòðèÿ êîòîðîé ñîâïàäàåò ñ ñèì-
ìåòðèåé ïðåäøåñòâóþùåãî åé ïî òåìïåðàòóðå ÔÌ
ñîñòîÿíèÿ.
Ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííîãî ñèñòåìàòè÷åñêîãî èñ-
ñëåäîâàíèÿ ìîäåëüíûõ ôðóñòðèðîâàííûõ ñèñòåì íà
îñíîâå ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäîâ ïî-
êàçàëè, ÷òî èçó÷åíèå ýòîãî êëàññà ìàãíåòèêîâ î÷åíü
ïåðñïåêòèâíî ñ òî÷êè çðåíèÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ
ïðåäñòàâëåíèé î ôðóñòðèðîâàííûõ ñèñòåìàõ â
îáùåì è î ìåõàíèçìàõ ôîðìèðîâàíèÿ ñîñòîÿíèé ÑÑ
òèïà â ÷àñòíîñòè.
1. K.M. Fischer, Phys. Status Solidi 116, 357 (1983);
ibid. 130, 13 (1985).
2. K. Binder and A.P. Young, Rev. Mod. Phys. 58, 801
(1986).
3. È.ß. Êîðåíáëèò, Å.Ô. Øåíäåð, ÓÔÍ 157, 267 (1989).
4. Ñ.Ë. Ãèíçáóðã, Íåîáðàòèìûå ÿâëåíèÿ â ñïèíîâûõ
ñòåêëàõ, Íàóêà, Ìîñêâà (1989).
5. S. Kirkpatrick and D. Sherrington, Phys. Rev. Lett.
35, 1792 (1975); Phys. Rev. B17, 4384 (1978).
6. Â.Ñ. Äîöåíêî, ÓÔÍ 163, 1 (1993).
7. C.M. Newman and D.L. Stein, J. Phys. Condens.
Metter. 15, R1319 (2003).
8. A.T. Ogielski, Phys. Rev. B32, 7384 (1985).
9. B.W. Morris, S.G. Colborne, M.A. Moore, A.J. Bray,
and J. Conisius, J. Phys. C19, 1157 (1986).
10. W.M. Saslow and G. Parker, Phys. Rev. Lett. 56,
1074 (1986).
11. J.R. Tomson, Hong Guo, D.Y.Ruan, M.J. Zuckerman,
and M. Grant, Phys. Rev. B45, 3129 (1992).
12. Ñ.Ì. Æèëÿêîâ, Èçâåñòèÿ âóçîâ, ñåðèÿ Ôèçèêà 27,
105 (1984).
13. Í.Í. Åôèìîâà, Àâòîðåôåðàò êàíä. äèññ., Õàðüêîâ,
(1977).
14. M.I. Darby and E.D. Isaac, IEEE Trans. Magn. Mag.
10, 259 (1974).
15. Äæ.Â. Ãóäåíàô, Ìàãíåòèçì è õèìè÷åñêàÿ ñâÿçü,
Ìåòàëëóðãèÿ, Ìîñêâà (1968).
16. G. Albanese, Nuovo Cimento B58, 480 (1968).
17. J. Villain, Z. Phys. B33, 31 (1979).
18. Í.Í. Åôèìîâà, Þ.À. Ïîïêîâ, Í.Â. Òêà÷åíêî,
ÆÝÒÔ 90, 1413 (1986); òàì æå 97, 1208 (1990);
ÔÍÒ 14, 981 (1988); òàì æå 15, 1055 (1989); òàì
æå 16, 1565 (1990); Phys. Status Solidi 154, 333
(1989).
19. Í.Í. Åôèìîâà, ÆÝÒÔ 113, 1039 (1998); Ïèñüìà â
ÆÝÒÔ 67, 329 (1998); ÔÍÒ 23, 1067 (1997); òàì
æå 24, 1063 (1998).
20. Í.Í. Åôèìîâà, Í.Â. Òêà÷åíêî, È.È. Áîêîâîé, ÔÒÒ
31, 254 (1989).
21. Í.Í. Åôèìîâà, Â.À. Ïåðâàêîâ, Â.È. Îâ÷àðåíêî,
Ì.Þ. Òþòðþìîâà, ÔÒÒ 35, 2838 (1993).
22. Í.Í. Åôèìîâà, Ì.Á. Óñòèìåíêîâà, ÆÝÒÔ 114,
2065 (1998).
23. Í.Í. Åôèìîâà, Ñ.Ð. Êóôòåðèíà, À.Ã. Àíäåðñ, Ñ.Â.
Ñòàðöåâ, À.Ì. Ãóðåâè÷, Â.Í. Åðîïêèí, ÔÍÒ 24, 337
(1998).
24. À.Ã. Àíäåðñ, Í.Í. Åôèìîâà, Ñ.Ð. Êóôòåðèíà, À.Ì.
Ãóðåâè÷, Â.Í. Åðîïêèí, ³ñíèê ÕÄÓ ³ì. Â.Í. Êà-
ðàç³íà, ¹558, ñåð³ÿ Ô³çèêà, âèï. 6, 67 (2002).
25. Í.Í. Åôèìîâà, Þ.À. Ïîïêîâ, Ã.À. Òàêçåé, À.Á.
Ñóðæåíêî, À.Ì. Äâîåãëàçîâ, ÔÒÒ 36, 490 (1994).
26. S.F. Edwards and P.W. Anderson, J. Phys. F5, 965
(1975).
27. F.V. Goltsev, Phys. Status Solidi 126, 537 (1984).
28. K.H. Fischer, Z. Phys. B60, 151 (1985).
528 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5
Í.Í. Åôèìîâà
29. Ñ.Â. Âîíñîâñêèé, Ìàãíåòèçì, Íàóêà, Ìîñêâà
(1971).
30. Ë.Â. Êèðåíñêèé, À.È. Äðîêèí, Ä.À. Ëàïòåé, Òåìïå-
ðàòóðíûé ìàãíèòíûé ãèñòåðåçèñ ôåððîìàãíåòèêîâ
è ôåððèòîâ, Ñèáèðñê. îòä. ÀÍ ÑÑÑÐ (1965).
31. Í.Í. Åô³ìîâà, Â.Á. Âàë³éîâ, Ñ.Ð. Êóôòåð³íà, Ì.Á.
Óñòèìåíêîâà, Â.À. Äåñíåíêî, À.Ñ. Ïàíô³ëîâ, ³ñíèê
ÕÄÓ ³ì. Â.Í. Êàðàç³íà, ñåð³ÿ Ô³çèêà, ¹440, 119
(119).
32. C.N. Guy, J. Phys. F8, 1309 (1978).
33. F. Arrott and J.E. Noaker, Phys. Rev. Lett. 19, 786
(1967).
34. N.N. Efimova and M.B. Ustimenkova, JMMM 185,
360 (1998).
35. Þ.È. Ïåòðîâ, Ôèçèêà ìàëûõ ÷àñòèö, Íàóêà, Ìîñê-
âà (1982).
36. R.J. Birgeneau, R.A. Cowley, G. Shirane et al. Phys.
Rev. B21, 317 (1980).
37. Ì.È. Íàìòàëèøâèëè, Î.Ã. Îëåøêî-Îæåâñêèé, È.È.
ßìçèí, ÔÒÒ 16, 2543 (1971).
38. Í.Í. Åôèìîâà, Í.Â. Òêà÷åíêî, À.Â. Áîðèñåíêî,
ÔÒÒ 29, 1331 (1987).
39. Í.Í. Åôèìîâà, Í.Â. Òêà÷åíêî, ÔÒÒ 33, 1583
(1991).
40. À.Ã. Àíäåðñ, Í.Í. Åôèìîâà, Â.Á. Âàëèåâ, Ñ.Ð.
Êóôòåðèíà, À.Ì. Ãóðåâè÷, À.È. Êðèâ÷èêîâ, À.Â.
Òåðåõîâ, Ò.Â. ×àãîâåö, ÔÒÒ 29, 406 (2003).
Frustrated spin-glass-like states in diluted ferrite
oxides
N.N. Efimova
The survey and general conclusions of the sys-
tematic experimental study of two model
frustrated systems of diluted oxides (weakly
anisotropic cubic spinels L³0.5Fe2.5–xGaxO4, and
strongly anisotropic BaFe12–xGaxO19 with the
hexagonal structure) are presented. The concentra-
tion phase x–T-diagrams, constructed for the first
time for this class of magnets, the mechanism for
the formation of disordered spin-glass-type states
(the role of exchange interaction and anisotropy),
the structure of states and the effects of spatial
inhomogeneity of the cluster type are considered.
Taking the Li–Ga-spinels as an example it is
shown that the x–T-diagrams for this class of
anisotropic Heisenberg magnets with a short range
exchange differ from the canonical one. Within
the reentrant interval (0.9 � õ � 1.5) a new coop-
erative frustrated state and a line of the first kind
phase transitions Ò1(õ), which ends with the criti-
cal point at x = 0.8 are observed.
Ôðóñòðèðîâàííûå ñîñòîÿíèÿ òèïà ñïèíîâîãî ñòåêëà â ðàçáàâëåííûõ ôåððèìàãíèòíûõ îêñèäàõ
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2005, ò. 31, ¹ 5 529
|