Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄
Измерена температурная зависимость величины слабого ферромагнитного момента кристалла многоподрешеточного антиферромагнитного магнитоэлектрика LiCoPO₄. Зависимость оказалось немонотонной - при понижении температуры ниже температуры Нееля TN ферромагнитный момент сначала растет, а затем заметно умень...
Gespeichert in:
| Datum: | 2002 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Schriftenreihe: | Физика низких температур |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128669 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ / Н.Ф. Харченко, В.А. Десненко, Ю.Н. Харченко, Р.Шимчак, М.Баран // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 8-9. — С. 896-904. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-128669 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1286692018-01-14T03:03:31Z Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ Харченко, Н.Ф. Десненко, В.А. Харченко, Ю.Н. Магнетизм Измерена температурная зависимость величины слабого ферромагнитного момента кристалла многоподрешеточного антиферромагнитного магнитоэлектрика LiCoPO₄. Зависимость оказалось немонотонной - при понижении температуры ниже температуры Нееля TN ферромагнитный момент сначала растет, а затем заметно уменьшается. Наибольшего значения, близкого к 0,12 Гс, он достигает при температуре около 10,5 К ~ TN/2. Обсуждаются возможные механизмы появления слабого ферромагнетизма в LiCoPO₄ и причины немонотонного температурного изменения спонтанного магнитного момента. Среди возможных механизмов отдается предпочтение механизму, в котором слабый ферромагнетизм обусловлен неоднородной антиферромагнитной структурой, которая предполагается в этом кристалле. Поміряно температурну залежність величини слабкого феромагнітного моменту кристала багатопідграткового антиферомагнітного магнітоелектрика LiCoPO₄. Залежність виявилася немонотонною — при охолодженні нижче за температуру Нееля TN феромагнітний момент спочатку наростає, а потім помітно зменшується. Найбільшого значення, близького до 0,12 Гс, він досягає при температурі в околі 10,5 К ~ TN/2. Обговорюються можливі механізми виникнення слабкого феромагнетизму в LiCoPO₄ та причини немонотонної температурної зміни спонтанного магнітного моменту. Серед можливих механізмів віддається перевага механізму, в якому слабкий феромагнетизм спричиняється неоднорідною антиферомагнітною структурою, яка очікується в цьому кристалі. The temperature dependence of the magnitude of the weak ferromagnetic moment is measured in the many-sublattice antiferromagnetic magnetoelectric crystal LiCoPO₄. The dependence is found to be nonmonotonic—as the temperature is decreased below the Néel temperature TN, the ferromagnetic moment initially increases and then decreases markedly. It reaches its highest value, close to 0.12 G, at a temperature of around 10.5 K, which is roughly TN/2. The possible mechanisms for the appearance of weak ferromagnetism in LiCoPO₄ and the causes of the nonmonotonic temperature dependence of the spontaneous magnetic moment are discussed. Among the possible mechanisms, there is a preference for one in which the weak ferromagnetism is due to a nonuniform antiferromagnetic structure which is proposed for this crystal. 2002 Article Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ / Н.Ф. Харченко, В.А. Десненко, Ю.Н. Харченко, Р.Шимчак, М.Баран // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 8-9. — С. 896-904. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.50.Ee, 75.60.-d, 75.80.+q http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128669 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 |
Магнетизм Магнетизм |
| spellingShingle |
Магнетизм Магнетизм Харченко, Н.Ф. Десненко, В.А. Харченко, Ю.Н. Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ Физика низких температур |
| description |
Измерена температурная зависимость величины слабого ферромагнитного момента кристалла многоподрешеточного антиферромагнитного магнитоэлектрика LiCoPO₄. Зависимость оказалось немонотонной - при понижении температуры ниже температуры Нееля TN ферромагнитный момент сначала растет, а затем заметно уменьшается. Наибольшего значения, близкого к 0,12 Гс, он достигает при температуре около 10,5 К ~ TN/2. Обсуждаются возможные механизмы появления слабого ферромагнетизма в LiCoPO₄ и причины немонотонного температурного изменения спонтанного магнитного момента. Среди возможных механизмов отдается предпочтение механизму, в котором слабый ферромагнетизм обусловлен неоднородной антиферромагнитной структурой, которая предполагается в этом кристалле. |
| format |
Article |
| author |
Харченко, Н.Ф. Десненко, В.А. Харченко, Ю.Н. |
| author_facet |
Харченко, Н.Ф. Десненко, В.А. Харченко, Ю.Н. |
| author_sort |
Харченко, Н.Ф. |
| title |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ |
| title_short |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ |
| title_full |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ |
| title_fullStr |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ |
| title_full_unstemmed |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ |
| title_sort |
немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла licopo₄ |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2002 |
| topic_facet |
Магнетизм |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128669 |
| citation_txt |
Немонотонная температурная зависимость cпонтанной намагниченности антиферромагнитного кристалла LiCoPO₄ / Н.Ф. Харченко, В.А. Десненко, Ю.Н. Харченко, Р.Шимчак, М.Баран // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 8-9. — С. 896-904. — Бібліогр.: 31 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT harčenkonf nemonotonnaâtemperaturnaâzavisimostʹcpontannojnamagničennostiantiferromagnitnogokristallalicopo4 AT desnenkova nemonotonnaâtemperaturnaâzavisimostʹcpontannojnamagničennostiantiferromagnitnogokristallalicopo4 AT harčenkoûn nemonotonnaâtemperaturnaâzavisimostʹcpontannojnamagničennostiantiferromagnitnogokristallalicopo4 |
| first_indexed |
2025-07-09T09:37:53Z |
| last_indexed |
2025-07-09T09:37:53Z |
| _version_ |
1837161655073505280 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9, ñ. 896–904
Íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü
cïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè
àíòèôåððîìàãíèòíîãî êðèñòàëëà LiCoPO4
Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á. È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: kharchenko@ilt.kharkov.ua
Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences, Al. Lotnikow 32/46, Warsawa PL-02-668, Poland
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 17 àïðåëÿ 2002 ã.
Èçìåðåíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû ñëàáîãî ôåððîìàãíèòíîãî ìîìåíòà
êðèñòàëëà ìíîãîïîäðåøåòî÷íîãî àíòèôåððîìàãíèòíîãî ìàãíèòîýëåêòðèêà LiCoPO4. Çàâè-
ñèìîñòü îêàçàëîñü íåìîíîòîííîé — ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íèæå òåìïåðàòóðû Íååëÿ
TN ôåððîìàãíèòíûé ìîìåíò ñíà÷àëà ðàñòåò, à çàòåì çàìåòíî óìåíüøàåòñÿ. Íàèáîëüøåãî
çíà÷åíèÿ, áëèçêîãî ê 0,12 Ãñ, îí äîñòèãàåò ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî 10,5 Ê ~ TN/2. Îáñóæ-
äàþòñÿ âîçìîæíûå ìåõàíèçìû ïîÿâëåíèÿ ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà â LiCoPO4 è ïðè÷èíû
íåìîíîòîííîãî òåìïåðàòóðíîãî èçìåíåíèÿ ñïîíòàííîãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà. Ñðåäè âîç-
ìîæíûõ ìåõàíèçìîâ îòäàåòñÿ ïðåäïî÷òåíèå ìåõàíèçìó, â êîòîðîì ñëàáûé ôåððîìàãíåòèçì
îáóñëîâëåí íåîäíîðîäíîé àíòèôåððîìàãíèòíîé ñòðóêòóðîé, êîòîðàÿ ïðåäïîëàãàåòñÿ â
ýòîì êðèñòàëëå.
Ïîì³ðÿíî òåìïåðàòóðíó çàëåæí³ñòü âåëè÷èíè ñëàáêîãî ôåðîìàãí³òíîãî ìîìåíòó êðèñòà-
ëà áàãàòîï³äãðàòêîâîãî àíòèôåðîìàãí³òíîãî ìàãí³òîåëåêòðèêà LiCoPO4. Çàëåæí³ñòü âèÿâè-
ëàñÿ íåìîíîòîííîþ — ïðè îõîëîäæåíí³ íèæ÷å çà òåìïåðàòóðó Íååëÿ TN ôåðîìàãí³òíèé
ìîìåíò ñïî÷àòêó íàðîñòàº, à ïîò³ì ïîì³òíî çìåíøóºòüñÿ. Íàéá³ëüøîãî çíà÷åííÿ, áëèçüêî-
ãî äî 0,12 Ãñ, â³í äîñÿãຠïðè òåìïåðàòóð³ â îêîë³ 10,5 Ê ~ TN/2. Îáãîâîðþþòüñÿ ìîæëèâ³
ìåõàí³çìè âèíèêíåííÿ ñëàáêîãî ôåðîìàãíåòèçìó â LiCoPO4 òà ïðè÷èíè íåìîíîòîííî¿
òåìïåðàòóðíî¿ çì³íè ñïîíòàííîãî ìàãí³òíîãî ìîìåíòó. Ñåðåä ìîæëèâèõ ìåõàí³çì³â â³ä-
äàºòüñÿ ïåðåâàãà ìåõàí³çìó, â ÿêîìó ñëàáêèé ôåðîìàãíåòèçì ñïðè÷èíÿºòüñÿ íåîäíîð³äíîþ
àíòèôåðîìàãí³òíîþ ñòðóêòóðîþ, ÿêà î÷³êóºòüñÿ â öüîìó êðèñòàë³.
PACS: 75.50.Ee, 75.60.–d, 75.80.+q
Ââåäåíèå
Ýòà ñòàòüÿ ÿâëÿåòñÿ ïðîäîëæåíèåì èññëåäîâà-
íèé ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ êðèñòàëëà àíòèôåððîìàã-
íèòíîãî (ÀÔÌ) ìàãíèòîýëåêòðèêà LiCoPO4, õî-
ðîøî èçâåñòíîãî ñâîèì âûñîêèì (ðåêîðäíûì ñðå-
äè ñîåäèíåíèé ýëåìåíòîâ 3d-ãðóïïû) çíà÷åíèåì
ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé � xy � �9 2 10 3, –
(30,6 ïñ/ì) [1–7]. Àíòèôåððîìàãíèòíûì êðè-
ñòàëëàì ýòîãî ñåìåéñòâà â ïîñëåäíåå âðåìÿ óäåëÿ-
åòñÿ îñîáîå âíèìàíèå. Òàê, ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêèå
è ìàãíèòíûå ñâîéñòâà íèêåëåâîãî è êîáàëüòîâîãî
ôîñôàòîâ ïëîõî ñîãëàñóþòñÿ ñ ñèììåòðèåé ìàã-
íèòíîé ñòðóêòóðû ýòèõ ÀÔÌ êðèñòàëëîâ, îï-
ðåäåëåííîé ìåòîäàìè íåéòðîíîãðàôèè. Íàëè÷èå
òîëüêî îòëè÷íûõ îò íóëÿ íåäèàãîíàëüíûõ êîìïî-
íåíò ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî òåíçîðà � xy è � yx
[1,4] ïîäòâåðæäàåò âûâîä î êîëëèíåàðíîé ÀÔÌ
ñòðóêòóðå LiCoPO4 ñ øóáíèêîâñêîé ãðóïïîé
© Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí, 2002
ñèììåòðèè Sh Pnma62
445( )� , ñäåëàííîì íà îñíîâà-
íèè íåéòðîííî-äèôðàêöèîííûõ èçìåðåíèé [8].
Îäíàêî ãèñòåðåçèñíîå ïîâåäåíèå åãî ìàãíèòî-
ýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ â ìàãíèòíîì ïîëå è íàëè-
÷èå õàðàêòåðíûõ ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêèõ ãèñòåðå-
çèñíûõ ïåòåëü òèïà «áàáî÷êè», âîçìîæíîñòü
ïåðåõîäà êðèñòàëëà â ìîíîäîìåííîå ÀÔÌ ñî-
ñòîÿíèå è ïåðåêëþ÷åíèÿ êîëëèíåàðíûõ ÀÔÌ ñî-
ñòîÿíèé ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè íàïðàâëåíèÿìè
ÀÔÌ âåêòîðîâ ïîä äåéñòâèåì òîëüêî ìàãíèòíîãî
ïîëÿ [4–6] íå ñîãëàñóþòñÿ ñ ìàãíèòíîé ãðóïïîé
ñèììåòðèè LiCoPO4, óñòàíîâëåííîé â [8]. Ýòè
ñâîéñòâà óêàçûâàþò íà âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâà-
íèÿ â êðèñòàëëå ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà
(ÑÔÌ), êîòîðûé, îäíàêî, äîëãîå âðåìÿ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíî íå íàáëþäàëñÿ ïðè ìàãíèòíûõ èçìåðå-
íèÿõ [8–10].
Íà áîëåå ñëîæíóþ ìàãíèòíóþ ñòðóêòóðó
LiCoPO4 òàêæå óêàçûâàþò îñîáåííîñòè ïîâåäå-
íèÿ ìàãíèòíîãî äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ ëèíåéíî ïî-
ëÿðèçîâàííîãî ñâåòà â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿ-
æåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ è òåìïåðàòóðû —
èçìåíåíèå âåëè÷èíû äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ, ðàâ-
íîå ñïîíòàííîìó, âî âíåøíåì ìàãíèòíîì ïîëå,
ïî÷òè íà ïîðÿäîê ìåíüøåì ýôôåêòèâíîãî îáìåí-
íîãî ïîëÿ; ñòóïåíåïîäîáíîå èçìåíåíèå äâóëó÷å-
ïðåëîìëåíèÿ â ìàãíèòíîì ïîëå, íàìíîãî ìåíüøåì
ïîëÿ ìàãíèòíîãî ôàçîâîãî ïåðåõîäà; íàëè÷èå ëè-
íåéíîãî ïî ïîëþ âêëàäà â äâóëó÷åïðåëîìëåíèå è
õîðîøî âûðàæåííûå ãèñòåðåçèñíûå ÿâëåíèÿ â óñ-
ëîâèÿõ, ïðè êîòîðûõ îáðàçåö äîëæåí íàõîäèòüñÿ
â ìîíîäîìåííîì îäíîðîäíîì ÀÔÌ ñîñòîÿíèè
[11]. Íåêîòîðûå âîçìîæíîñòè îáðàçîâàíèÿ òàêîé
ñòðóêòóðû â êðèñòàëëàõ LiCoPO4 è LiNiPO4 îá-
ñóæäàëèñü â [6].
Íåäàâíî ïðè ìàãíèòíûõ èññëåäîâàíèÿõ ñ ïî-
ìîùüþ ÑÊÂÈÄ-ìàãíèòîìåòðà â LiCoPO4 íàáëþ-
äàëè îñîáåííîñòè íà êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ [12],
ñâèäåòåëüñòâóþùèå, ÷òî àíòèôåððîìàãíåòèçì â
LiCoPO4 äåéñòâèòåëüíî íå ÿâëÿåòñÿ ñêîìïåíñè-
ðîâàííûì. È õîòÿ îáíàðóæåííûé ñïîíòàííûé
ìàãíèòíûé ìîìåíò èìååò âåëè÷èíó âñåãî ïîðÿäêà
0,12 Ãñ, åãî íàëè÷èå îáúÿñíÿëî ïðè÷èíó ìîíîäî-
ìåíèçàöèè ÀÔÌ îáðàçöà òîëüêî â ìàãíèòíîì ïî-
ëå, áåç ïðèëîæåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Â
LiCoPO4 îáíàðóæåí òàêæå íåîáû÷íûé òåìïåðà-
òóðíûé õîä çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè M â
ïîñòîÿííîì ìàãíèòíîì ïîëå. Ïðè ïîâûøåíèè
òåìïåðàòóðû îò ãåëèåâîé äî 10 Ê ìàãíèòíûé ìî-
ìåíò îáðàçöà, ïåðâîíà÷àëüíî íàïðàâëåííûé ïðî-
òèâîïîëîæíî ïðèëîæåííîìó ìàãíèòíîìó ïîëþ,
óâåëè÷èâàëñÿ ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå ïðè íà-
ïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ðàâíîé 500 Ý . Òà-
êîå «äèàìàãíèòíîå» ïîâåäåíèå óêàçûâàëî íà íå
õàðàêòåðíóþ äëÿ ñëàáûõ ôåððîìàãíåòèêîâ íå-
ìîíîòîííóþ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü èõ
ñïîíòàííîãî ìîìåíòà [13–15]. Çàäà÷à íàñòîÿùåé
ðàáîòû — ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäåëåíèå òåìïå-
ðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ñïîíòàííîé íàìàãíè÷åííî-
ñòè LiCoPO4.
Ýêñïåðèìåíò
Êðèñòàëëè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà LiCoPO4, êàê è
äðóãèõ èçîñòðóêòóðíûõ ëèòèåâûõ îðòîôîñôàòîâ
ïåðåõîäíûõ ýëåìåíòîâ LiMPO4 (M = Mn, Fe, Co,
Ni), ïðèíàäëåæàùèõ ê ñåìåéñòâó îëèâèíîâ, îïè-
ñûâàåòñÿ ïðîñòðàíñòâåííîé ãðóïïîé ñèììåòðèè
Pnma D h� 2
16. Ýëåìåíòàðíàÿ ÿ÷åéêà ñîäåðæèò 4
ôîðìóëüíûõ åäèíèöû. Ïðè êîìíàòíîé òåìïåðà-
òóðå ÿ÷åéêà èìååò ñëåäóþùèå ðàçìåðû:
a � 10,206 Å , b � 5,922 Å , c = 4,701 Å [10,16]. ×å-
òûðå èîíà êîáàëüòà íàõîäÿòñÿ â ÷åòûðåõ êðèñòàë-
ëîãðàôè÷åñêè ýêâèâàëåíòíûõ c-óçëàõ ÿ÷åéêè,
ðàñïîëîæåííûõ ïîïàðíî â äâóõ ñîñåäíèõ ïëîñêî-
ñòÿõ ñèììåòðèè, íîðìàëü ê êîòîðûì ïàðàëëåëü-
íà êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè b Y| | . Íàèáîëåå
áëèçêî ðàñïîëîæåííûå èîíû Co2+ íàõîäÿòñÿ â
ãîôðèðîâàííûõ ñëîÿõ, îðèåíòèðîâàííûõ ïåðïåí-
äèêóëÿðíî îñè a || X. Èîíû Co2+ îêðóæåíû èîíà-
ìè êèñëîðîäà, êîòîðûå ñîñòàâëÿþò îðèåíòàöèîí-
íî íåýêâèâàëåíòíûå äîâîëüíî ñèëüíî
èñêàæåííûå îêòàýäðè÷åñêèå óçëû ñ ñèììåòðèåé
m Cs� . Îáìåííûå ñâÿçè ìåæäó èîíàìè ïåðåõîä-
íûõ ýëåìåíòîâ â êðèñòàëëàõ ýòîãî ñåìåéñòâà àíà-
ëèçèðîâàëèñü â ðàáîòå [17]. Íàèáîëåå ñèëüíî
ñâÿçàíû ïàðû èîíîâ Co1–Co2 è Co3–Co4, íàõî-
äÿùèõñÿ â ðàçëè÷íûõ ãîôðèðîâàííûõ ñëîÿõ. Îá-
ìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ýòèìè èîíàìè îñó-
ùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç 125-ãðàäóñíûå ÀÔÌ ñâÿçè
Co–O–Co. Ñëåäóþùèå çà áëèæàéøèìè èîíû ðàñ-
ïîëîæåíû â òîì æå ñëîå. Îáìåííîå âçàèìîäåéñò-
âèå ìåæäó íèìè îáåñïå÷èâàåòñÿ äâóìÿ ïàðàìè
ñâÿçåé òèïà Co–O–P–O–Co ñ 130-ãðàäóñíûìè óã-
ëàìè Co–P–O. Ìåæäó ãîôðèðîâàííûìè ñëîÿìè
íàõîäÿòñÿ òåòðàýäðû PO4 è îêòàýäðû LiO6, ïî-
ýòîìó îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó èîíàìè
êîáàëüòà â ñîñåäíèõ ñëîÿõ ãîðàçäî ñëàáåå, ÷åì
âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó áëèæàéøèìè èîíàìè â
ñëîå. Ñëàáûå ñâÿçè ìåæäó èîíàìè èç ñîñåäíèõ
ñëîåâ îáåñïå÷èâàþòñÿ ïàðàìè öåïî÷åê èîíîâ
Co–O–P–O–Co, êîòîðûå âêëþ÷àþò â ñåáÿ 128-,
122- è 95-ãðàäóñíûå çâåíüÿ Co–O–P, è öåïî÷êà-
ìè èîíîâ Co–O–Li–O–Co. Câÿçè, â êîòîðûõ ó÷à-
ñòâóþò èîíû Li+, ñëàáåå ñâÿçåé, îñóùåñòâëÿþ-
ùèõñÿ ÷åðåç èîíû P5+ [17].
Ïîñêîëüêó ëèãàíäíîå îêðóæåíèå Co2+ ñóùåñò-
âåííî îòëè÷àåòñÿ îò îêòàýäðè÷åñêîãî, íèçêîñèì-
ìåòðè÷íîå êðèñòàëëè÷åñêîå ïîëå îáóñëîâëèâàåò
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9 897
Íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü cïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè
ñóùåñòâåííóþ ìàãíèòíóþ àíèçîòðîïèþ êàê ïðè
íèçêèõ, òàê è ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ [9] è
ñèëüíóþ àíèçîòðîïèþ g-ôàêòîðà. Â ëåãèðîâàí-
íîì êðèñòàëëå LiMgPO4:Co ãëàâíûå çíà÷åíèÿ
g-ôàêòîðà, ïîëó÷åííûå ïðè èññëåäîâàíèÿõ ÝÏÐ,
îêàçàëèñü ðàâíûìè 6,16, 4,14 è 2,53 [10]. Ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, êîãäà T D k� , ãäå D —
ýíåðãåòè÷åñêîå ðàññòîÿíèå äî áëèæàéøåãî âîç-
áóæäåííîãî ñîñòîÿíèÿ, ìàãíèòíûå óçëû Co2+ â
LiCoPO4 áëèçêè ê èçèíãîâñêèì, è âñëåäñòâèå
èåðàðõèè îáìåííûõ ñâÿçåé ïîâåäåíèå ÀÔÌ
ñòðóêòóðû LiCoPO4 ìîæåò áûòü îïèñàíî êâàçè-
äâóìåðíîé ÀÔÌ ìîäåëüþ Èçèíãà. Çàâèñèìîñòü
íàìàãíè÷åííîñòè ìîíîêðèñòàëëà LiCoPO4 â ìàã-
íèòíîì ïîëå, íàïðàâëåííîì âäîëü îñè àíòèôåð-
ðîìàãíåòèçìà, èìååò õàðàêòåðíûé äëÿ äâóìåðíûõ
ñèñòåì øèðîêèé ãîðá ñ ìàêñèìóìîì ïðè Tmax =
= 25 Ê [12], çàìåòíî ïðåâûøàþùåé òåìïåðàòóðó
Íååëÿ TN = 21,9 Ê. Îäíàêî îòíîøåíèå T TNmax
äëÿ íåãî ðàâíî âñåãî 1,14, ÷òî ñóùåñòâåííî ìåíü-
øå âåëè÷èíû 1,537, ïîëó÷åííîé äëÿ êâàäðàòíîé
èçèíãîâñêîé ðåøåòêè [18], íî çàìåòíî áîëüøå,
÷åì 1,025 äëÿ ïðîñòîé êóáè÷åñêîé ÀÔÌ èçèíãîâ-
ñêîé ðåøåòêè [19].
Èçìåðåíèÿ ïðîâåäåíû íà ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîì
îáðàçöå LiCoPO4, êîòîðûé èìåë ôîðìó ïàðàëëå-
ëåïèïåäà ðàçìåðàìè 0 96 122 176, , ,� � ìì è âåñèë
7,46 ìã. Îáðàçåö áûë ïðåäîñòàâëåí íàì ïðîô.
M. Mercier (Òåõíîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Mont-
lucon, Ôðàíöèÿ) è ïðîô. Ã. Øìèäîì èç Æåíåâ-
ñêîãî óíèâåðñèòåòà. Ýêñïåðèìåíòû ïðîâåäåíû íà
îäíîì è òîì æå îáðàçöå íåçàâèñèìî íà äâóõ óñòà-
íîâêàõ: íà ìàãíèòîìåòðå MPMS-5 (Quantum
Design) â Èíñòèòóòå ôèçèêè Ïîëüñêîé ÀÍ è íà
ÑÊÂÈÄ-ìàãíèòîìåòðå, ðàçðàáîòàííîì âî ÔÒÈÍÒ
ÍÀÍ Óêðàèíû.
Èç ìàãíèòíûõ èçìåðåíèé [12] ñëåäóåò, ÷òî ïî-
ëÿ êîýðöèòèâíîñòè íà ãèñòåðåçèñíîé êðèâîé íà-
ìàãíè÷èâàíèÿ èññëåäóåìîãî îáðàçöà ïðè òåì-
ïåðàòóðå 15 Ê ñîñòàâëÿþò 20–40 êÝ. Ïîýòîìó
ìîæíî áûëî îæèäàòü, ÷òî âïëîòü äî òåìïåðàòóð,
áëèçêèõ ê TN , òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ñïîí-
òàííîãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà óäàñòñÿ âûäåëèòü èç
òåìïåðàòóðíûõ çàâèñèìîñòåé íàìàãíè÷åííîñòè
îáðàçöà, ïðåäâàðèòåëüíî îõëàæäåííîãî â ìàãíèò-
íîì ïîëå, ïðèëîæåííîì âäîëü îñè b â äâóõ ïðî-
òèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ. Çàâèñèìîñòè íà-
ìàãíè÷åííîñòè îò íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî
ïîëÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ, ìåíüøèõ òåìïåðàòóðû
Íååëÿ, ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ òî÷íîñòè îïèñûâàþò-
ñÿ ïîëèíîìîì òðåòüåé ñòåïåíè. Âêëàä êóáè÷åñêî-
ãî ÷ëåíà â íàìàãíè÷åííîñòü ñòàíîâèòñÿ ñóùåñò-
âåííûì ïðè òåìïåðàòóðàõ, áîëüøèõ 10 Ê [12].
Åñëè ïðè 5 Ê âêëàä ïðåíåáðåæèìî ìàë äî ïîëåé
íàïðÿæåííîñòüþ 30 êÝ, òî ïðè òåìïåðàòóðå îêîëî
10 Ê îí ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííûì óæå â ïîëå
20 êÝ. Ïîýòîìó ïðè âûäåëåíèè ñïîíòàííîé íàìàã-
íè÷åííîñòè èç çàâèñèìîñòåé M(T) ïðè H � 10 êÝ
åãî ó÷åò îáÿçàòåëåí. Ïåðåä èçìåðåíèÿìè îáðàçåö
îõëàæäàëè îò òåìïåðàòóðû, áëèçêîé ê 40 Ê, â äâà
ðàçà áîëüøåé òåìïåðàòóðû Íååëÿ, äî ãåëèåâîé
òåìïåðàòóðû â ìàãíèòíîì ïîëå, íàïðàâëåííîì
âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè b. Èçìåðåíèÿ
òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåíòà
îáðàçöà ïðîâîäèëè ïðè åãî íàãðåâàíèè â ìàãíèòíîì
ïîëå, ïðèëîæåííîì â òîì æå íàïðàâëåíèè, ÷òî è
ïðè îõëàæäåíèè, à çàòåì — ïðè ïðîòèâîïîëîæíîì
íàïðàâëåíèè ïîëÿ. Òî÷íîñòü óñòàíîâêè òåìïåðàòó-
ðû â ïðîöåññå èçìåðåíèé áûëà íå õóæå 0,02 Ê.
Ðåçóëüòàòû
Äëÿ âûäåëåíèÿ ÑÔÌ ìîìåíòà áûëè èñïîëü-
çîâàíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé òåìïåðàòóðíîé
çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè, ïîëó÷åííûå íà
ìàãíèòîìåòðå MPMS-5 ïðè íàïðÿæåííîñòÿõ ìàã-
íèòíîãî ïîëÿ 50, 10 è 0,5 êÝ. Òåìïåðàòóðíûå çà-
âèñèìîñòè M H ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 1. Ïåðåä
èçìåðåíèÿìè â ïîëå H � 0,5 êÝ îáðàçåö îõëàæäà-
ëè â îñòàòî÷íîì ïîëå ñîëåíîèäà, âåëè÷èíà êîòî-
ðîãî íå ïðåâûøàëà 20 Ý, à íàïðàâëåíèå áûëî
ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåíèþ ïîëÿ, â êîòîðîì
çàòåì ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ. Îðèåíòàöèÿ è âåëè-
÷èíà ïîëÿ ïðè îõëàæäåíèè îáðàçöà ïåðåä èçìåðå-
íèÿìè â ïîëÿõ 10 è 50 êÝ áûëè òàêèå æå, êàê è
ïðè èçìåðåíèÿõ.
898 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9
Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí
Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè,
ïðèâåäåííûå ê íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðè
ðàçëè÷íûõ ïîëÿõ H, êÝ: 0,5 (1), 10 (2) è 50 (3).
Ïåðåä èçìåðåíèÿìè îáðàçåö îõëàæäàëè äî ãåëèåâûõ
òåìïåðàòóð â ïîëÿõ HFC, êÝ: â îñòàòî÷íîì ïîëå ñî-
ëåíîèäà îêîëî –0,02 (1), +10 (2) è +50 (3). H b| | .
Ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ íà-
ìàãíè÷åííîñòè â ðàçëè÷íûõ ïîëÿõ ïîäñòàâëÿëè â
ñèñòåìó òðåõ óðàâíåíèé:
M T M T T H T Hi i i( ) ( ) ( ) ( )||� � �0
3
, (1)
ãäå i � 1, 2, 3 è H1 � 0,5 êÝ, H2 � 10 êÝ,
H3 � 50 êÝ, êîòîðóþ ðåøàëè îòíîñèòåëüíî ñïîí-
òàííîé íàìàãíè÷åííîñòè M T0( ), ìàãíèòíîé âîñ-
ïðèèì÷èâîñòè || ( )T è íåëèíåéíîé âîñïðèèì÷èâî-
ñòè
( )T â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî ýòè âåëè÷èíû íå
çàâèñÿò îò íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ. Ïîëó÷åííàÿ çà-
âèñèìîñòü M T0( ) ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 2 (êðè-
âàÿ 1). Çäåñü æå ïîêàçàíû çàâèñèìîñòè M T0( ),
ïîëó÷åííûå èç ýòèõ æå ýêñïåðèìåíòîâ ðåøåíèåì
óðàâíåíèé (1) áåç ó÷åòà êóáè÷åñêîé äîáàâêè äëÿ
ïàð çàâèñèìîñòåé M(T) â ïîëÿõ 0,5 è 10 êÝ (êðè-
âàÿ 2) è 0,5 è 50 êÝ (êðèâàÿ 3). Âèäíî, ÷òî âëèÿ-
íèå êóáè÷åñêîé ïî H äîáàâêè ñóùåñòâåííî ïðè
50 êÝ è êðèâàÿ 3 íå ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü çàâèñè-
ìîñòü M T0( ). Çàìåòèì, ÷òî òåìïåðàòóðíàÿ çàâè-
ñèìîñòü ñïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè, ïîëó÷åí-
íàÿ èç çàâèñèìîñòåé M H äëÿ H � 0,5 êÝ è
H � 10 êÝ, ïðåòåðïåâàåò íåáîëüøîé ñêà÷îê ïðè
15 Ê. Èç ýòèõ æå äàííûõ ïîëó÷åíû è îòëè÷íûå
îò íóëÿ çíà÷åíèÿ M0 äëÿ òåìïåðàòóð T TN� . Òàê
êàê ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åííîñòü ïðè ýòèõ òåìïå-
ðàòóðàõ äîëæíà îòñóòñòâîâàòü, òî ìîæíî ïðåäïî-
ëîæèòü, ÷òî ñòóïåí÷àòûå èçìåíåíèÿ M0 ïðè 15 Ê
áûëè âûçâàíû íåêîíòðîëèðóåìîé ïîìåõîé.
Äëÿ òîãî ÷òîáû óáåäèòüñÿ â äîñòîâåðíîñòè ïî-
ëó÷åííîé òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ñïîíòàííîé
íàìàãíè÷åííîñòè, áûëè ïðîâåäåíû èçìåðåíèÿ íà-
ìàãíè÷åííîñòè ýòîãî æå îáðàçöà LiCoPO4 â çàâè-
ñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû â ñëàáûõ ìàãíèòíûõ ïî-
ëÿõ íà SQUID-ìàãíèòîìåòðå âî ÔÒÈÍÒ ÍÀÍÓ.
Íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ ñîñòàâëÿëà 300, 200, 100, 50
è 0 Ý. Èçìåðåíèÿ Ì(Ò) â ýòîì ñëó÷àå, êàê è
ðàíüøå, ïðîâîäèëè â ìàãíèòíîì ïîëå, îðèåíòèðî-
âàííîì âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè b ïîñëå
ïðåäâàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ îáðàçöà îò òåìïå-
ðàòóð, ïðåâûøàþùèõ TN , äî òåìïåðàòóðû 4,2 Ê.
Íàïðàâëåíèÿ ïîëåé ïðè îõëàæäåíèè è èçìåðåíèè
ñîâïàäàëè (+FC) èëè áûëè ïðîòèâîïîëîæíûìè
(–FC). Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü îïåðàöèé áûëà ñëå-
äóþùåé. Â ìàãíèòíîì ïîëå H FC� � � 50 Ý êðè-
ñòàëë îõëàæäàëè îò 30 äî 4,2 Ê, çàòåì ïîëå
óìåíüøàëè äî íóëÿ, ââîäèëè ïîëå H � +50 Ý è
ïðè íàãðåâàíèè èçìåðÿëè çàâèñèìîñòü Ì TFC� ( ).
Ïîñëå äîñòèæåíèÿ òåìïåðàòóðû 30 Ê îáðàçåö
ñíîâà îõëàæäàëè äî 4,2 Ê â ïîëå H FC� � +50 Ý, è
â ýòîì æå ïîëå ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ íàìàãíè÷åí-
íîñòè Ì TFC� ( ). Ïîëó÷åííûå òåìïåðàòóðíûå çà-
âèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè êðèñòàëëà LiCoPO4
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 3.
Ïîñêîëüêó â ïîëå H ~ 300 Ý âêëàä êóáè÷åñêîé
äîáàâêè ìîæåò ñîñòàâèòü íå áîëåå 15 10 6, � � Ãñ
(2 10 3� � % îò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ M0), òî ïðè
îïðåäåëåíèè M T0( ) ýòîò âêëàä íå ó÷èòûâàëè.
Òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîé íàìàãíè-
÷åííîñòè îïðåäåëÿëè êàê ïîëóðàçíîñòü çàâèñèìî-
ñòåé Ì TFC� ( ) è Ì TFC� ( ), ïîëó÷åííûõ ïðè íà-
ïðÿæåííîñòÿõ ìàãíèòíîãî ïîëÿ Hi ðàâíûõ 50,
100, 200 è 300 Ý:
M T
M T M T
i
FC i FC i
0 2
( )
( ) ( )
�
�� � . (2)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9 899
Íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü cïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè
Ðèñ. 2. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîé íàìàã-
íè÷åííîñòè, ïîëó÷åííàÿ èç çàâèñèìîñòåé M H íà
ðèñ. 1. M0 íàéäåíî êàê ðåøåíèå ñèñòåìû òðåõ óðàâíå-
íèé òèïà (1) ïðè i � 1, 2 è 3 (êðèâàÿ 1); i � 1, 2 (êðè-
âàÿ 2); i � 1, 3 (êðèâàÿ 3). Ïðè âûäåëåíèè ñïîíòàí-
íîé íàìàãíè÷åííîñòè äëÿ êðèâûõ 2, 3 êóáè÷åñêèé ïî
H ÷ëåí â (1) íå ó÷èòûâàëñÿ.
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè
êðèñòàëëà LiCoPO4 â ìàãíèòíîì ïîëå H b| | , ïîëó÷åí-
íûå ïîñëå îõëàæäåíèè îáðàçöà â ïîëÿõ H FC� è
H FC� . Ñïëîøíàÿ êðèâàÿ — îõëàæäåíèå îáðàçöà â ïî-
ëå Çåìëè.
Ðàññ÷èòàííûå çíà÷åíèÿ M T0( ) ïðåäñòàâëåíû
íà ðèñ. 4. Çäåñü æå ïóíêòèðîì ïðèâåäåíà è ñêîð-
ðåêòèðîâàííàÿ çàâèñèìîñòü M T0( ), ïîëó÷åííàÿ
èç ñåðèè ýêñïåðèìåíòîâ, ïðîâåäåííûõ â ÈÔ
ÏÀÍ (èç äàííûõ äëÿ T � 16 Ê âû÷òåíà ïîñòîÿí-
íàÿ âåëè÷èíà, ðàâíàÿ âåëè÷èíå ñòóïåíüêè, íà-
áëþäàâøåéñÿ âáëèçè 15 Ê).
Ñîïîñòàâëÿÿ ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå íåçàâè-
ñèìî â äâóõ ýêñïåðèìåíòàõ, ìîæíî âèäåòü, ÷òî
çíà÷åíèÿ ñïîíòàííîãî ìîìåíòà áëèçêè — èõ ðàç-
ëè÷èå íå ïðåâûøàåò 10%; õàðàêòåð ïîâåäåíèÿ
êðèâûõ M T0( ) îäèíàêîâ — çàâèñèìîñòü M T0( )
íåìîíîòîííà è èìååò øèðîêèé ìàêñèìóì âáëèçè
11 Ê. Òàêèì îáðàçîì, ýòè ýêñïåðèìåíòû, äîïîë-
íÿÿ äðóã äðóãà, ïîäòâåðæäàþò âûâîä î òîì, ÷òî
àíòèôåððîìàãíåòèçì ëèòèé-êîáàëüòîâîãî ôîñôà-
òà íå ÿâëÿåòñÿ ñêîìïåíñèðîâàííûì, à òåìïåðà-
òóðíàÿ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîãî ìàãíèòíîãî ìî-
ìåíòà îòëè÷àåòñÿ îò îáû÷íî íàáëþäàåìîé
çàâèñèìîñòè M T0( ) â ñëàáûõ ôåððîìàãíåòèêàõ.
Çàâèñèìîñòü M T0( ) ïî÷òè ñèììåòðè÷íà îòíîñè-
òåëüíî ìàêñèìóìà Ì0
max, êîòîðûé äîñòèãàåòñÿ
ïðè òåìïåðàòóðå, áëèçêîé ê 1
2 TN , è â øèðîêîì
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð 5–18 Ê ( , ,0 2 0 9� �T TN )
èìååò ïàðàáîëè÷åñêèé õàðàêòåð. Íà ðèñ. 4
ñïëîøíîé ëèíèåé ïîêàçàíà çàâèñèìîñòü
f T( ) ,� 0122 � � ��6 5 10 10 44 2, ( , )T .
Îáñóæäåíèå
Ðàññìîòðèì âîçìîæíîñòü ïîÿâëåíèÿ ñïîíòàí-
íîãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà â îðòîðîìáè÷åñêîì
LiCoPO4 ñ ó÷åòîì ñèììåòðèè êðèñòàëëà.
Âîçìîæíûìè àíòèôåððîìàãíèòíûìè ìîäàìè â
êðèñòàëëàõ, îïèñûâàåìûõ ãðóïïîé Pnma D h( )2
16 ,
ìîãóò áûòü ñòðóêòóðû L S S S S1 1 2 3 4� � � � ,
L S S S S2 1 2 3 4� � � � è L S S S S3 1 2 3 4� � � �
èëè ñîîòâåòñòâåííî G, A è C — â îáîçíà÷åíèÿõ,
ïðèíÿòûõ â áîëåå ðàííèõ ðàáîòàõ ïðè îïèñàíèè
àíòèôåððîìàãíåòèçìà ìàãíèòíûõ c-óçëîâ â äðó-
ãèõ êðèñòàëëàõ òàêîé æå ñèììåòðèè [7,13]. Â
òàáë. 1 ïîêàçàíà ïåðåñòàíîâêà c-óçëîâ îïåðàöèÿ-
ìè ñèììåòðèè ãðóïïû Pnma è óêàçàíà ÷åòíîñòü
ÀÔÌ âåêòîðîâ îòíîñèòåëüíî ýòèõ îïåðàöèé. Ïðè
ïðèíÿòîé â òàáë. 1 íóìåðàöèè óçëîâ, êîòîðàÿ ñîâ-
ïàäàåò ñ íóìåðàöèåé â [6] è îòëè÷àåòñÿ îò òàêî-
âîé â [7,13], íàèáîëåå ñèëüíàÿ ÀÔÌ îáìåííàÿ
ñâÿçü îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïàðàõ áëèæàéøèõ èîíîâ
Co1, Co2 è Co3, Co4.
Òàáëèöà 1
Ïðåîáðàçîâàíèå c-óçëîâ è èçìåíåíèå íàïðàâëåíèé
àíòèôåððîìàãíèòíûõ âåêòîðîâ â êðèñòàëëå LiCoPO4
ïðè äåéñòâèè îïåðàöèÿìè ñèììåòðèè ãðóïïû Pnma
Íîìåð
óçëà Co
2
1
x
�
2
2
y
�
2
3
z
� 1
2
1
x
�
2
2
y
�
2
3
z
�
1 4 3 2 3 2 1 4
2 3 4 1 4 1 2 3
3 2 1 4 1 4 3 2
4 1 2 3 2 3 4 1
ÀÔÌ
âåêòîð
L
1
– + – + – + –
L
2
+ – – – – + +
L
3 – – + – + + –
Ìåòîäàìè íåéòðîíîãðàôèè â LiCoPO4 óñòà-
íîâëåíî íàëè÷èå ÀÔÌ óïîðÿäî÷åíèÿ òèïà L y2 ,
ïðè êîòîðîì ñïèíû èîíîâ êîáàëüòà îðèåíòèðîâà-
íû âäîëü îñè b [8]. Ïðè òàêîì óïîðÿäî÷åíèè ñïè-
íîâ îïåðàöèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé èíâåðñèè â ãðóï-
ïå Pnma ñòàíîâèòñÿ íå÷åòíîé — íàïðàâëåíèå
ÀÔÌ âåêòîðà L y2 ïðè èíâåðñèè èçìåíÿåòñÿ íà
ïðîòèâîïîëîæíîå. Ïîòåðÿ öåíòðà ñèììåòðèè ïðè
ïåðåõîäå ê ìàãíèòíîé ãðóïïå Pnma� îáåñïå÷èâàåò
âîçìîæíîñòü ïîÿâëåíèÿ ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî
ýôôåêòà, íî ïðèâîäèò ê çàïðåòó îáû÷íîãî ñëàáî-
ãî ôåððîìàãíåòèçìà. Íå÷åòíîñòü îïåðàöèè èí-
âåðñèè â ãðóïïå êðèñòàëëîõèìè÷åñêîé ñèììåòðèè
çàïðåùàåò ïîÿâëåíèå â òåðìîäèíàìè÷åñêîì ïî-
òåíöèàëå îáû÷íûõ èíâàðèàíòîâ âèäà L Mi i2 , êî-
òîðûå ñîîòâåòñòâîâàëè áû âçàèìîäåéñòâèÿì Äçÿ-
900 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9
Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí
Ðèñ. 4. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîé íàìàã-
íè÷åííîñòè, âûäåëåííàÿ èç ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 3 çà-
âèñèìîñòåé M T H( ) . Ïóíêòèðîì ïîêàçàíà ñêîððåêòèðî-
âàííàÿ çàâèñèìîñòü M T0( ), îïðåäåëåííàÿ èç
ýêñïåðèìåíòîâ â áîëüøèõ ìàãíèòíûõ ïîëÿõ. Ñïëîø-
íàÿ ëèíèÿ — ïàðàáîëà f T T( ) , , ( , )� � � ��0122 65 10 1044 2.
ëîøèíñêîãî–Ìîðèÿ [13,21,22]. Îáíàðóæåíèå
ÑÔÌ ìîìåíòà â ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîì êðèñòàë-
ëå LiCoPO4 íå ïðîòèâîðå÷èò îòðèöàòåëüíîìó îò-
âåòó íà âîïðîñ, âûíåñåííûé â íàçâàíèå ñòàòüè
[20]: ìîãóò ëè ñîñóùåñòâîâàòü ÑÔÌ è ìàãíèòî-
ýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò â ÀÔÌ êðèñòàëëå.  ðà-
áîòå [20] ãîâîðèòñÿ î íåñîâìåñòèìîñòè ýòèõ ÿâëå-
íèé, îäíàêî â íåé ïîäðàçóìåâàåòñÿ ñëó÷àé òîëüêî
îäíîðîäíîãî îäíîìîäîâîãî (èëè îäíîâåêòîðíîãî)
ÀÔÌ óïîðÿäî÷åíèÿ, êîãäà îïåðàöèè êðèñòàëëî-
õèìè÷åñêîé ñèììåòðèè ìîæíî ðàçäåëèòü íà ÷åò-
íûå è íå÷åòíûå ïî îòíîøåíèþ ê èõ äåéñòâèþ íà
ÀÔÌ âåêòîð. Íàëè÷èå ÑÔÌ â LiCoPO4 ñâèäå-
òåëüñòâóåò î åãî ñëîæíîé ÀÔÌ ñòðóêòóðå, êîòî-
ðàÿ ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé ñóïåðïîçèöèþ îä-
íîé èëè äâóõ íå÷åòíûõ è îäíîé ÷åòíîé ÀÔÌ
ìîä. Öåíòð èíâåðñèè êðèñòàëëîõèìè÷åñêîé ÿ÷åé-
êè LiCoPO4 ÿâëÿåòñÿ íå÷åòíûì ïî îòíîøåíèþ ê
ÀÔÌ âåêòîðàì L2 è L3, íî ÷åòíûì ïî îòíîøåíèþ
ê L1. Ïîýòîìó ìîäà L1 äîëæíà ïðèñóòñòâîâàòü â
ÀÔÌ ñòðóêòóðå LiCoPO4.
Ïîÿâëåíèå ÑÔÌ ìîìåíòà M b Y0 | | | | âåäåò ê
ïîòåðå ìàãíèòíîé ãðóïïîé êðèñòàëëà îïåðàöèé
ñèììåòðèè 2 1x/� è 2 3z /� , êîòîðûå ñâÿçûâàþò
èîíû èç ðàçëè÷íûõ ãîôðèðîâàííûõ ñëîåâ. Êàçà-
ëîñü áû, îòñóòñòâèå ñèììåòðèéíîé ñâÿçè ìàãíèò-
íûõ ìîìåíòîâ èîíîâ èç ðàçëè÷íûõ ñëàáî ñâÿçàí-
íûõ ìåæäó ñîáîé ñëîåâ ìîãëî áû ïðèâåñòè ê
ñëàáîìó ôåððèìàãíåòèçìó è ðàçíîîáðàçèþ âîç-
ìîæíûõ âàðèàíòîâ òåìïåðàòóðíîãî ïîâåäåíèÿ ðå-
çóëüòèðóþùåãî ñïîíòàííîãî ìîìåíòà. Îäíàêî â
LiCoPO4 èîíû êîáàëüòà çàíèìàþò òîëüêî êðè-
ñòàëëîãðàôè÷åñêè ýêâèâàëåíòíûå óçëû. Ïðè
ìàãíèòíîì óïîðÿäî÷åíèè ñòðóêòóðíûõ èçìåíåíèé
êðèñòàëëà íå ïðîèñõîäèò è ìàãíèòíûå óçëû ñî-
õðàíÿþò ñâîþ ýêâèâàëåíòíîñòü, ñëåäîâàòåëüíî, â
LiCoPO4 ìîæåò âîçíèêíóòü òîëüêî ñëàáûé ôåð-
ðîìàãíåòèçì, íî íå ôåððèìàãíåòèçì.
Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ÀÔÌ ñòðóêòóðà êðè-
ñòàëëà LiCoPO4 îäíîðîäíà, à åãî ñëàáûé ôåððî-
ìàãíåòèçì îáóñëîâëåí íåêîëëèíåàðíîñòüþ âåêòî-
ðîâ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ ïîäðåøåòîê èëè ñëàáûì
ðàçëè÷èåì èõ äëèí, òî ñëàáîôåððîìàãíèòíûé
ìîìåíò â íåì ìîæíî îïèñàòü òîëüêî ñ ïîìîùüþ
èíâàðèàíòîâ ÷åòâåðòîãî ïîðÿäêà.  ýòîì ñëó÷àå
âîçíèêíîâåíèå ÑÔÌ ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ âçàè-
ìîäåéñòâèÿìè íå íèæå ÷åòâåðòîãî ïîðÿäêà ïî
ñïèíàì — áèêâàäðàòíûì è ÷åòûðåõñïèíîâûì [23].
Ïðè íàëè÷èè îñíîâíîé ìîäû àíòèôåððîìàãíèòíî-
ãî óïîðÿäî÷åíèÿ — àíòèôåððîìàãíèòíîãî âåêòîðà
S S S S Sy y y y y2 1 2 3 4� � � � , ïîÿâëåíèå ÑÔÌ ìî-
ìåíòà âäîëü îñè b ìîæíî îïèñàòü íåñêîëüêèìè
èíâàðèàíòàìè 4-ãî ïîðÿäêà. Èõ ìîæíî ñîñòàâèòü
èñõîäÿ èç òàáëèöû ïðåîáðàçîâàíèé ïðîåêöèé
ìàãíèòíûõ âåêòîðîâ (ñì. òàáë. 2) è ñãðóïïèðî-
âàòü â òðè ñëåäóþùèå ãðóïïû:
1) èíâàðèàíòû òðåõìåðíûõ íåêîëëèíåàðíûõ
äâóõâåêòîðíûõ ÀÔÌ ñòðóêòóð ñ âåêòîðàìè L1 è L2
L M L Ly y z x2 1 2 , L M L Ly y x z2 1 2 ; (3)
2) èíâàðèàíòû ïëîñêèõ íåêîëëèíåàðíûõ òðåõ-
âåêòîðíûõ ÀÔÌ ñòðóêòóð, â êîòîðûõ ìàãíèòíûå
ìîìåíòû èîíîâ ðàñïîëîæåíû â ïëîñêîñòè (001)
èëè â ïëîñêîñòè (100), ñ îòëè÷íûìè îò íóëÿ
ÀÔÌ âåêòîðàìè L1, L2 è L3
L M L Ly y x x2 1 3 , L M L Ly y z z2 1 3 ; (4)
3) èíâàðèàíò êîëëèíåàðíîé òðåõâåêòîðíîé
ñòðóêòóðû
L M L Ly y y y2 1 3 . (5)
Íàáëþäàåìàÿ íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çà-
âèñèìîñòü ÑÔÌ ìîìåíòà óêàçûâàåò íà êîíêóðåí-
öèþ ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ, ïðèâîäÿùèõ ê ÑÔÌ
â îäíîðîäíîì ÀÔÌ êðèñòàëëå. Åñëè áû ÑÔÌ
áûë îáóñëîâëåí âçàèìîäåéñòâèÿìè, îïèñûâàåìû-
ìè èíâàðèàíòàìè ãðóïï (3) è (4), òî â îòñóòñòâèå
êîíêóðåíöèè ìåõàíèçìîâ òðóäíî áûëî áû îæè-
äàòü íåìîíîòîííóþ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü
ÑÔÌ ìîìåíòà. Ýôôåêòèâíûå ïîëÿ, îáóñëîâëè-
âàþùèå ïîÿâëåíèå «ïîïåðå÷íûõ» êîìïîíåíò
ÀÔÌ âåêòîðîâ L2, L1 è L3 è ïðèâîäÿùèå ê ñëà-
áîìó ôåððîìàãíåòèçìó, ìîãóò ïðèâåñòè ê ïîÿâëå-
íèþ òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ÑÔÌ ìîìåíòà,
îïðåäåëÿåìîé òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòüþ ïðî-
èçâåäåíèÿ L L Ly i j2 �
, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü êà÷åñò-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9 901
Íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü cïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè
Òàáëèöà 2
Ïðåîáðàçîâàíèå ïðîåêöèé ìàãíèòíûõ âåêòîðîâ è
êîîðäèíàòíûõ îðòîâ ïîä äåéñòâèåì ãåíåðàòîðîâ
ãðóïïû Pnma
Ïðîåêöèè
âåêòîðîâ
1
2
2
y
�
2
3
z
�
Ïðîåêöèè
âåêòîðîâ
1
2
2
y
�
2
3
z
�
Mx, L z1 + – – L x2 , L z3 – – +
My + + – L y2 – + +
Mz, L x1 + – + L z2 , L x3 – – –
L y1 + + + L y3 – + –
x – + – Px – + –
y – – – Py – – –
z – + + Pz – + +
âåííî áëèçêîé ê çàâèñèìîñòè âèäà M T� ( )3, ãäå
M T� ( ) — ïîäðåøåòî÷íàÿ íàìàãíè÷åííîñòü. Â
ýòîì ñëó÷àå ìîæíî áûëî áû îæèäàòü îáû÷íîé çà-
âèñèìîñòè âåëè÷èíû ÑÔÌ ìîìåíòà, âûõîäÿùåé
íà íàñûùåíèå ïðè ïðèáëèæåíèè òåìïåðàòóðû ê
àáñîëþòíîìó íóëþ. Ïðè íàëè÷èè æå êîíêóðè-
ðóþùèõ ìåõàíèçìîâ ìîæíî îæèäàòü íåìîíîòîí-
íóþ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü M0, íî ñ ìàêñè-
ìóìîì, ðàñïîëîæåííûì âáëèçè òåìïåðàòóðû
Íååëÿ. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ÑÔÌ ìîìåí-
òà â ýòîì ñëó÷àå áóäåò ïîäîáíà çàâèñèìîñòè, íà-
áëþäàâøåéñÿ â êðèñòàëëàõ YVO3 [14,15], ãäå
ñèëüíûå òåìïåðàòóðíûå èçìåíåíèÿ ÑÔÌ ìî-
ìåíòà, îïèñûâàåìîãî îáû÷íûì èíâàðèàíòîì Äçÿ-
ëîøèíñêîãî âòîðîãî ïîðÿäêà, îáóñëîâëåíû
êîíêóðåíöèåé îäíîèîííîé àíèçîòðîïèè è àíòè-
ñèììåòðè÷íîãî îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.
Åñëè æå ÑÔÌ ÿâëÿåòñÿ ïðîäîëüíûì, ñîõðà-
íÿþùèì êîëëèíåàðíóþ ÀÔÌ ñòðóêòóðó, è îïè-
ñûâàåòñÿ åäèíñòâåííûì èíâàðèàíòîì òðåòüåé
ãðóïïû (5), òî ìîæíî îæèäàòü åãî î÷åíü ñèëüíóþ
òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü, ïîäîáíóþ çàâèñèìî-
ñòè ( ) ( )|| 2 M T i è êà÷åñòâåííî áëèçêóþ ê òåìïå-
ðàòóðíûì çàâèñèìîñòÿì ïðîäîëüíûõ êîìïîíåíò
ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêîãî òåíçîðà, íàïðèìåð �33 â
àíòèôåððîìàãíèòíîì Cr2O3 [28]. Õîòÿ òàêàÿ çà-
âèñèìîñòü è îòðàæàåò îñíîâíóþ îñîáåííîñòü íà-
áëþäàåìîãî òåìïåðàòóðíîãî ïîâåäåíèÿ ñïîíòàí-
íîãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà â LiCoPO4 —
ñóùåñòâåííîå óìåíüøåíèå åãî âåëè÷èíû ïðè îõ-
ëàæäåíèè êðèñòàëëà äî òåìïåðàòóð, ìíîãî ìåíü-
øèõ TN , ýêñïåðèìåíòàëüíóþ çàâèñèìîñòü ÑÔÌ
ìîìåíòà îíà ïîëíîñòüþ íå îïèñûâàåò. Ïðè òåìïå-
ðàòóðàõ, íàìíîãî ìåíüøèõ TN , íåëüçÿ îæèäàòü
ñóùåñòâåííûõ òåìïåðàòóðíûõ èçìåíåíèé ïðî-
äîëüíîãî ÑÔÌ ìîìåíòà. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå
ÑÔÌ ìîìåíòà äîëæíî äîñòèãàòüñÿ ïðè òåìïåðà-
òóðå òàêæå áëèçêîé ê òåìïåðàòóðå Íååëÿ. Äëÿ
íàáëþäàåìîé æå çàâèñèìîñòè M T0( ) õàðàêòåðíû
ñóùåñòâåííûå òåìïåðàòóðíûå èçìåíåíèÿ è ïðè
T TN � 0 25, . Ïîýòîìó íåîáõîäèìî ðàññìîòðåòü è
äðóãèå âîçìîæíûå ïðè÷èíû ïîÿâëåíèÿ ÑÔÌ ìî-
ìåíòà.
Îäíà èç òàêèõ âîçìîæíûõ ïðè÷èí âîçíèêíîâå-
íèÿ ÑÔÌ ñâÿçàíà ñ ïðåäïîëàãàåìûì íàëè÷èåì â
LiCoPO4 íåîäíîðîäíîãî ðåãóëÿðíîãî èëè íåðåãó-
ëÿðíîãî ñëàáîãî àíòèôåððîìàãíèòíîãî ïîðÿäêà.
Âîçìîæíîñòü ïîÿâëåíèÿ â ÀÔÌ êðèñòàëëàõ,
èìåþùèõ íå÷åòíûé öåíòð èíâåðñèè, ìîäóëèðî-
âàííûõ ÑÔÌ ñòðóêòóð, êîòîðûå îïèñûâàþòñÿ
èíâàðèàíòàìè, ëèíåéíûìè ïî ïåðâûì ïðîñòðàí-
ñòâåííûì ïðîèçâîäíûì îò ìàãíèòíûõ âåêòîðîâ, è
ïîäîáíû èíâàðèàíòàì Ëèôøèöà, ðàññìîòðåíà âî
ìíîãèõ ðàáîòàõ (ñì., íàïðèìåð, [6,23–26]).
Cèììåòðèÿ êðèñòàëëà LiCoPO4 ðàçðåøàåò èíâà-
ðèàíò òèïà M dL dx L dM dxy y y y( ) ( )2 2� [6].
Îòëè÷íûé îò íóëÿ ðåçóëüòèðóþùèé ìàãíèòíûé
ìîìåíò â ýòîì ñëó÷àå ìîã áû ïîÿâèòüñÿ ïðè íàëè-
÷èè â îáðàçöå íåîäíîðîäíîñòåé ìîäóëÿöèè àíòè-
ôåððîìàãíèòíîé ñòðóêòóðû. Íî êàê â ïåðâûõ [8],
òàê è â íåäàâíèõ [29] íåéòðîíîãðàôè÷åñêèõ èñ-
ñëåäîâàíèÿõ óñòàíîâëåíî, ÷òî â LiCoPO4 îñíîâ-
íàÿ ìîäà àíòèôåððîìàãíèòíîé ñòðóêòóðû L y2 îä-
íîðîäíà. Åñëè æå ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ìàãíèòíûå
ìîìåíòû ïîäðåøåòîê îòêëîíåíû îò íàïðàâëåíèÿ
b íà ìàëûå óãëû è, ñëåäîâàòåëüíî, ìàãíèòíàÿ
ñòðóêòóðà êðèñòàëëà õàðàêòåðèçóåòñÿ äâóìÿ èëè
áóëüøèì ÷èñëîì ÀÔÌ ìîä, à òàêæå äîïóñòèòü,
÷òî ñëàáûå ÀÔÌ ìîäû ìîäóëèðîâàíû â íàïðàâ-
ëåíèè îñè a, âäîëü êîòîðîé îáìåííûå ñâÿçè îñî-
áåííî ñëàáûå, òî, êàê âèäíî èç òàáë. 2, ñèììåò-
ðèéíî ðàçðåøåíû ñëåäóþùèå ÑÔÌ èíâàðèàíòû:
L M dL
dx
dL
dx
y y x z2 2 1 ,
L M dL
dx
dL
dx
y y z x2 2 1 ,
L M dL
dx
dL
dx
y y z z2 3 1 ,
L M dL
dx
dL
dx
y y x x2 3 1 .
(6)
Îíè ìîãóò îïèñàòü ïîÿâëåíèå íå ðàâíîãî íóëþ
óñðåäíåííîãî ÑÔÌ ìîìåíòà M b Y0 | | | | . Îñíîâíàÿ
ÀÔÌ ìîäà L y2 ïðè òàêîé ìîäóëÿöèè ìîæåò áûòü
ñóùåñòâåííî îäíîðîäíîé, à ïîëíîñòüþ è ñèíôàç-
íî ìîäóëèðîâàíû òîëüêî ïîïåðå÷íûå ïðîåêöèè
ÀÔÌ âåêòîðîâ L x1 è L z2 èëè L x1 è L x3 , èëè L z1 è
L x2 , èëè L z1 è L z3 .  ýòîì ñëó÷àå ïðè íèçêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ ìîæíî îæèäàòü áîëåå ñèëüíóþ òåìïå-
ðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü, ñâÿçàííóþ ñ îáû÷íîé äëÿ
ìîäóëèðîâàííûõ ñòðóêòóð òåìïåðàòóðíîé ýâîëþ-
öèåé õàðàêòåðà ìîäóëÿöèè îò ãàðìîíè÷åñêîãî ê
ñîëèòîíîïîäîáíîìó [27]. Ïîñêîëüêó ÑÔÌ ìî-
ìåíò ïðè ýòîì ïðîïîðöèîíàëåí îáúåìó òåõ ó÷àñò-
êîâ êðèñòàëëà, ãäå ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ àíòè-
ôåððîìàãíèòíûõ âåêòîðîâ, òî ïðåäñòàâëÿåòñÿ
åñòåñòâåííûì, ÷òî ïî ìåðå ïîíèæåíèÿ òåìïåðàòó-
ðû ïîñëå ïåðåõîäà ãàðìîíè÷åñêè ìîäóëèðîâàí-
íîé ñòðóêòóðû ê ñîëèòîííîé (ê òàê íàçûâàåìîìó
«ñîëèòîííîìó ðåæèìó» ìîäóëÿöèè) ÑÔÌ ìî-
ìåíò áóäåò óìåíüøàòüñÿ èç-çà óìåíüøåíèÿ êàê ÷èñ-
ëà ñòåíîê ìåæäó íåñîðàçìåðíîñòÿìè, òàê è èõ òîë-
ùèíû. Óâåëè÷åíèå ãðàäèåíòà ïðîåêöèé dL /dxki â
ñòåíêàõ íå ñìîæåò ñêîìïåíñèðîâàòü âëèÿíèå
óìåíüøåíèÿ ñóììàðíîãî îáúåìà ñòåíîê. Ñèììåò-
ðèÿ êðèñòàëëà è òèï åãî àíòèôåððîìàãíèòíîãî
óïîðÿäî÷åíèÿ äîïóñêàþò è äðóãèå îäíîðîäíûå è
íåîäíîðîäíûå èíâàðèàíòû, êîòîðûå ìîãëè áû
îïèñàòü ïîÿâëåíèå ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà.
Ñðåäè íèõ — îäíîðîäíûå è ãðàäèåíòíûå èíâàðè-
àíòû, ñîäåðæàùèå z-ïðîåêöèþ ãèïîòåòè÷åñêîãî
òîðîèäàëüíîãî ìîìåíòà, êîòîðàÿ ïðåîáðàçóåòñÿ
902 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9
Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí
òàê æå, êàê è y-ïðîåêöèÿ îñíîâíîãî ÀÔÌ âåêòî-
ðà L y2 [6].
Íåîáõîäèìî òàêæå ðàññìîòðåòü âîçìîæíîñòü
ïîÿâëåíèÿ ñëàáîãî ñïîíòàííîãî ìàãíèòíîãî ìî-
ìåíòà, îáóñëîâëåííîãî íåðåãóëÿðíûìè ëîêàëüíû-
ìè ìàãíèòíûìè íåîäíîðîäíîñòÿìè ñ ôðóñòðèðî-
âàííûìè îáìåííûìè ñâÿçÿìè, êîòîðûå ìîãóò
âîçíèêàòü â 2D-àíòèôåððîìàãíåòèêàõ [30,31].
Ïðè òåïëîâîì âîçáóæäåíèè òàêèõ íåîäíîðîäíî-
ñòåé çàâèñèìîñòü ñïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè îò
òåìïåðàòóðû äîëæíà áûòü îñîáåííî ñèëüíîé. Îï-
ðåäåëèòü èñòèííûé ìåõàíèçì âîçíèêíîâåíèÿ ñëà-
áîãî ôåððîìàãíåòèçìà â LiCoPO4 âîçìîæíî òîëü-
êî â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåíèÿ òîíêèõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ èññëåäîâàíèé ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ
ñâîéñòâ, ÷óâñòâèòåëüíûõ ê ìàãíèòíîé ñòðóêòóðå
êðèñòàëëà. Ñðåäè íèõ, êðîìå íåéòðîíîãðàôè÷å-
ñêèõ, èçó÷åíèå ãèñòåðåçèñíûõ ÿâëåíèé, íàáëþ-
äàâøèõñÿ ïðè ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèÿõ,
ïîèñê ñïîíòàííîé ýëåêòðè÷åñêîé ïîëÿðèçàöèè è
íåòðàäèöèîííûõ ìàãíèòíûõ (êâàäðàòè÷íîå ïî
ïîëþ íàìàãíè÷èâàíèå) è ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ ýô-
ôåêòîâ (ëèíåéíûé ìàãíèòîîïòè÷åñêèé ýôôåêò è
äðóãèå).
Çàêëþ÷åíèå
Íàëè÷èå ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà â LiCoPO4
ïîäòâåðæäåíî äâóìÿ íåçàâèñèìûìè ýêñïåðè-
ìåíòàìè. Åñëè ðåãóëÿðíûå êðèñòàëëû LiCoPO4
îáëàäàþò ñïîíòàííûì ôåððîìàãíèòíûì ìîìåí-
òîì, òî ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î íåñîîòâåòñòâèè
ìàãíèòíîé ãðóïïû Pnma Pnma/Pnm Sh� �( )21 62
445
( / )D Ch V2
16
2
7 , ðàíåå îïðåäåëåííîé ìåòîäîì íåé-
òðîíîãðàôèè, åãî äåéñòâèòåëüíîé ìàãíèòíîé ñèì-
ìåòðèè. Òàê êàê öåíòð ñèììåòðèè êðèñòàëëî-
õèìè÷åñêîé ÿ÷åéêè êðèñòàëëà ïîñëå ÀÔÌ
óïîðÿäî÷åíèÿ ñòàíîâèòñÿ íå÷åòíûì ïî îòíîøå-
íèþ ê ÀÔÌ âåêòîðó, òî ñëàáûé ôåððîìàãíåòèçì
íå ìîæåò áûòü îáóñëîâëåí îáû÷íûìè âçàèìîäåé-
ñòâèÿìè òèïà Äçÿëîøèíñêîãî–Ìîðèÿ — îäíî-
èîííîé àíèçîòðîïèåé è àíòèñèììåòðè÷íûì îáìå-
íîì. Ïðè÷èíîé ñëàáîãî ôåððîìàãíåòèçìà â
LiCoPO4 ìîãóò áûòü âçàèìîäåéñòâèÿ íå íèæå
÷åòâåðòîãî ïîðÿäêà ïî ñïèíàì. Íàëè÷èå ñëàáîãî
ôåððîìàãíåòèçìà óêàçûâàåò íà òî, ÷òî àíòèôåð-
ðîìàãíèòíàÿ ñòðóêòóðà LiCoPO4 ÿâëÿåòñÿ ñìå-
øàííîé — îíà ìîæåò áûòü îïèñàíà íå îäíèì, à
äâóìÿ èëè òðåìÿ àíòèôåððîìàãíèòíûìè âåêòîðà-
ìè, îäèí èç êîòîðûõ îïèñûâàåò îñíîâíóþ ÀÔÌ
ìîäó, à îñòàëüíûå — ìîäû ñëàáîãî àíòèôåððî-
ìàãíåòèçìà.
Îáíàðóæåííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü
ÑÔÌ ìîìåíòà LiCoPO4 íå õàðàêòåðíà äëÿ ñëà-
áûõ ôåððîìàãíåòèêîâ. Ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå
ñèëüíóþ òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ñïîíòàííî-
ãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ëèòèé-êîáàëüòîâîãî
ôîñôàòà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, ñðåäè âîç-
ìîæíûõ ìåõàíèçìîâ âîçíèêíîâåíèÿ ÑÔÌ ìî-
ìåíòà â LiCoPO4 ñëåäóåò îòäàòü ïðåäïî÷òåíèå
ìåõàíèçìó, â êîòîðîì çà îáðàçîâàíèå ñïîíòàííî-
ãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà îòâåòñòâåííà ðåãóëÿðíàÿ
èëè æå íåðåãóëÿðíàÿ íåîäíîðîäíàÿ ñîëèòîíîïî-
äîáíàÿ ÀÔÌ ñòðóêòóðà.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü ïðîô.
M. Mercier (Tåõíîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Mont-
lucon, Ôðàíöèÿ) è ïðîô. H. Schmid (Æåíåâñêèé
óíèâåðñèòåò, Øâåéöàðèÿ) çà ïðåäîñòàâëåíèå ìî-
íîêðèñòàëëà LiCoPO4. Àâòîðû áëàãîäàðíû
ïðîô. H. Schmid çà èíòåðåñ ê ðàáîòå è æèâîå ó÷à-
ñòèå â íåé ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîé ïî÷òû, äîêòîðó
D. Vaknin (Ames Laboratory, ÑØÀ) çà ïðåäîñòàâ-
ëåíèå íåîïóáëèêîâàííûõ ðåçóëüòàòîâ èññëåäîâà-
íèé LiCoPO4 ìåòîäàìè äèôðàêöèè íåéòðîíîâ è
äîêòîðó ôèç.-ìàò. íàóê Ì. Ì. Áîãäàíó (ÔÒÈÍÒ
ÍÀÍ Óêðàèíû) çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ ðåçóëü-
òàòîâ ðàáîòû.
Âûïîëíåíèå íàñòîÿùåé ðàáîòû áûëî áû íåâîç-
ìîæíûì áåç ïîìîùè, îêàçàííîé ðàíåå îäíîìó èç
àâòîðîâ (Í.Ô.Õ.) Ìåæäóíàðîäíîé Ñîðîñîâñêîé
Ïðîãðàììîé ïîääåðæêè îáðàçîâàíèÿ â îáëàñòè
òî÷íûõ íàóê (ISSEP), ãðàíò No SPU062067.
Ýòà ñòàòüÿ ïîäãîòîâëåíà ê þáèëåþ Â. Â. Åðå-
ìåíêî. Ìû áëàãîäàðíû åìó çà îðãàíèçàöèþ ìíî-
ãîëåòíåãî ïëîäîòâîðíîãî ñîòðóäíè÷åñòâà ìåæäó
ëàáîðàòîðèÿìè ÈÔ ÏÀÍ è ÔÒÈÍÒ ÍÀÍÓ.
Îäèí èç àâòîðîâ (Í.Ô.Õ.) îñîáåííî ïðèçíàòåëåí
Â. Â. Åðåìåíêî çà òî, ÷òî òîò ìíîãî ëåò íàçàä
ââåë åãî â áîëüøóþ íàóêó.
1. M. Mercier, J. Gareyte, and E. F. Bertaut, C. R.
Acad. Sci. Paris B264, 979 (1967).
2. D. E. Cox, in: Magnetoelectric Interaction Pheno-
mena in Crystals, A. J. Freeman and H. Sñhmid
(eds.), London–New York–Paris (1975), p. 111.
3. H. Sñhmid, in: Magnetoelectric Interaction Pheno-
mena in Crystals, A. J. Freeman and H. Schmid
(eds.), London–New York–Paris (1975), p. 121.
4. J.-P. Rivera, Ferroelectrics 161, 147 (1994).
5. H. Wiegelmann, Magnetoelectric Effects in Strong
Magnetic Fields, PhD Thesis, University of
Konstanz, Konstanzer Dissertationen, Bd. 461,
Hartung-Gorre, Konstanz (1995).
6. I. Kornev, M. Bichurin, J.-P. Rivera, S. Gentil,
H. Schmid, A. G. Jansen, and P. Wyder, Phys.
Rev. B62, 12247 (2000).
7. Å. À. Òóðîâ, À. Â. Êîë÷àíîâ, Â. Â. Ìåíüøåíèí,
È. Ô. Ìèðñàåâ, Â. Â. Íèêîëàåâ, Ñèììåòðèÿ è
ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà àíòèôåððîìàãíåòèêîâ,
Ôèç.-ìàò. ëèò., Ìîñêâà (2001).
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9 903
Íåìîíîòîííàÿ òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü cïîíòàííîé íàìàãíè÷åííîñòè
8. R. P. Santoro, D. J. Segal, and R. E. Newnham, J.
Phys. Chem. Solids 27, 1192 (1966).
9. J.-P. Rivera and J. Korean, Phys. Soc. 32, S1855
(1998).
10. A. Goni, L. Lezama, G. E. Barberis, J. L. Pizzarro,
M. I. Arriortua, and T. Rojo, J. Magn. Magn.
Mater. 164, 251 (1996).
11. M. F. Kharchenko, O. V. Miloslavska, Yu. M.
Kharchenko, H. Schmid, and J.-P. Rivera, Ukr. J.
Phys. Opt. 1, 16 (2000).
12. Í. Ô. Õàð÷åíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê,
Ì. Áàðàí, Ã. Øìèä, ÔÍÒ 27, 1208 (2001).
13. Å. À. Òóðîâ, Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìàãíèòîóïîðÿ-
äî÷åííûõ êðèñòàëëîâ, Èçä-âî ÀÍ ÑÑÑÐ, Ìîñêâà
(1963).
14. Y. Ren, T. T. M. Palstra, D. I. Khomskii,
E. Pellegrin, A. A. Nugroho, A. A. Menovsky, and
G. A. Sawatsky, Nature (London) 396, 441 (1998).
15. Y. Ren, T. T. M. Palstra, D. I. Khomskii, and
G. A. Sawatsky, Phys. Rev. 62B, 6577 (2000).
16. Kugel, Z. Kristallogr. 209, 755 (1994).
17. J. M. Mays, Phys. Rev. 131, 38 (1963).
18. M. F. Sykes and M. E. Fisher, Physica 28, 919
(1962).
19. M. E. Fisher and M. F. Sykes, Physica 28, 939
(1962).
20. Å. À. Òóðîâ, ÓÔÍ 164, 325 (1994).
21. I. Dzyaloshinskii, Sov. Phys. JETF 5, 1259 (1957).
22. T. Moriya, Phys. Rev. 120, 91 (1960).
23. Â. Ã. Áàðüÿõòàð, Å. Ï. Ñòåôàíîâñêèé, Ä. À. ßá-
ëîíñêèé, ÔÒÒ 28, 504 (1986).
24. È. Å. ×óïèñ, ÔÍÒ 12, 330 (1986).
25. È. Å. ×óïèñ, Í. ß. Àëåêñàíäðîâà, ÓÔÆ 32, 111
(1987).
26. Â. Ã. Áàðüÿõòàð, Å. Ï. Ñòåôàíîâñêèé, ÔÍÒ 22,
904 (1996).
27. Ý. Ë. Íàãàåâ, Ìàãíåòèêè ñî ñëîæíûì îáìåííûì
âçàèìîäåéñòâèåì, Íàóêà, Ìîñêâà (1988).
28. G. T. Rado, in: Magnetoelectric Interaction Pheno
mena in Crystals, A. J. Freeman and H. Schmid
(eds.), London–New York–Paris (1975), p. 3.
29. Íåäàâíî ïðè íîâûõ òùàòåëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ
äèôðàêöèè íåéòðîíîâ â LiCoPO4 áûëî îáíàðóæå-
íî, ÷òî ìàãíèòíûå ìîìåíòû èîíîâ Co2+ îòêëîíåíû
îò êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé îñè b íà íåáîëüøîé
óãîë. D. Vaknin, J. L. Zarestky, L. L. Miller, J.-P.
Rivera, and H. Schmid, to be published in: Phys.
Rev. B65 (2002).
30. Ì. Ì. Áîãäàí, À. Ñ. Êîâàëåâ, À. À. Ñòåïàíîâ,
ÔÍÒ 18, 838 (1992).
31. E. C. Marino, Phys. Rev. B65, 054418 (2002).
Nonmonotonous temperature dependence
of the spontaneous magnetic moment
of the antiferromagnetic crystal LiCoPO 4
N. F. Kharchenko, V. A. Desnenko,
Yu. N. Kharchenko, R. Szymczak, and M. Baran
The temperature dependence of the weak
ferromagnetic moment of the many-sublattices
antiferromagnetic magnetoelectric LiCoPO4 is
measured. The found dependence is nonmono-
tonous — as the temperature goes below TN
the ferromagnetic moment first grows, and
then decreases appreciably. The moment
achieves the greatest value 0.12 Gs near
10.5 K ~ TN/2. The possible mechanisms of
the weak ferromagnetism in the LiCoPO4
crystal and the reasons for the non-monoto-
nous temperature change of the spontaneous
magnetic moment are discussed. Among pos-
sible mechanisms responsible for such de-
pendence, the mechanism, in which weak
ferromagnetism is caused by non-uniform anti-
ferromagnetic structure is preferable.
904 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 8/9
Í. Ô. Õàð÷åíêî, Â. À. Äåñíåíêî, Þ. Í. Õàð÷åíêî, Ð. Øèì÷àê, Ì. Áàðàí
|