УПРАВЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРОЙ СПИН-ПЕРЕОРИЕНТАЦИОННОГО ПЕРЕХОДА В МОНОКРИСТАЛЛАХ ОРТОФЕРРИТОВ HoFe1−xMnxO3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом оптической зонной плавки выращены монокристаллы HoFe1−xMnxO3 (0 < x < 1). Обнаружено, что в области концентраций x = 0.7–0.8 наблюдается структурный переход от ромбической к гексагональной модификации кристаллов, что было подтверждено рентгеноструктурными исследованиями. Для серии ромбических кристаллов проведены исследования эффекта Мессбауэра при комнатной температуре и магнитные измерения в температурном интервале 4.2–1000 К. Обнаружено, что при увеличении концентрации марганца температура спин-переориентационного перехода значительно возрастает от ∼ 60 К для HoFeO3 до комнатной температуры для состава HoFe0.6 Mn0.4O3. Из магнитных измерений установлено, что при замещении железа на марганец изменяется тип магнитного ориентационного перехода от перехода второго рода (AxFyGz→CxGyFz) к переходу первого рода (AxFyGz→GxCyAz) с наличием слабого ферромагнитного момента только в направлении b (для пространственной группы Pnma). Такое увеличение температуры спин-переоринтационного перехода может быть объяснено изменениями величины косвенного обмена в подсистеме железа из-за влияния марганца, что было обнаружено при исследовании эффекта Мессбауэра в HoFe1−xMnxO3 для образцов с x < 0.4.

Об авторах

К. А. Шайхутдинов

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук

Email: smp@iph.krasn.ru
Краноярск, Россия

С. А. Скоробогатов

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук

Краноярск, Россия

Ю. В. Князев

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук

Краноярск, Россия

Т. Н. Камкова

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук; Сибирский федеральный университет

Краноярск, Россия; Краноярск, Россия

А. Д. Васильев

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук; Сибирский федеральный университет

Краноярск, Россия; Краноярск, Россия

С. В. Семенов

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук; Сибирский федеральный университет

Краноярск, Россия; Краноярск, Россия

М. С. Павловский

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук; Сибирский федеральный университет

Краноярск, Россия; Краноярск, Россия

А. А. Красиков

Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ Сибирского отделения Российской академии наук

Краноярск, Россия

Список литературы

  1. R. White, Review of Recent Work on the Magnetic and Spectroscopic Properties of the Rare-Earth Orthoferrites, J. Appl. Phys. 40, 1061 (1969).
  2. К. П. Белов, А. К. Звездин, А. М. Кадомцева, И. Б. Крынецкий. О новых ориентационных переходах в ортоферритах, индуцированных внешним полем, ЖЭТФ 67, 1974 (1975).
  3. К. Белов, А. Звездин, А. Кадомцева, Р. Левитин, Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках, Наука, Москва (1979).
  4. К. П. Белов, А. К. Звездин, А. А. Мухин, Магнитные фазовые переходы в ортоферрите тербия, ЖЭТФ 76, 1100 (1979).
  5. A. Podlesnyak, S. Nikitin, and G. Ehlers, Low-Energy Spin Dynamics in Rare-Earth Perovskite Oxides, J. Phys.: Condens. Matter 33, 403001 (2021).
  6. Y. Tokunaga, N. Furukawa, H. Sakai, Y. Taguchi, T. Arima, and Y. Tokura, Composite Domain Walls in a Multiferroic Perovskite Ferrite, Nature Mater. 8, 558 (2009).
  7. A. Kimel, A. Kirilyuk, P. Usachev, R. Pisarev, A. Balbashov, and T. Rasing, Ultrafast Non-Thermal Control of Magnetization by Instantaneous Photomagnetic Pulses, Nature 435, 655 (2005).
  8. J. De Jong, A. Kimel, R. Pisarev, A. Kirilyuk, and T. Rasing, Laser-Induced Ultrafast Spin Dynamics in ErFeO , Phys. Rev. B 84, 104421 (2011).
  9. J. Jiang, Z. Jin, G. Song, X. Lin, G. Ma, and S. Cao, Dynamical Spin Reorientation Transition in NdFeO Single Crystal Observed With Polarized Terahertz Time Domain Spectroscopy, Appl. Phys. Lett. 103, 062403 (2013).
  10. S. Artyukhin, M. Mostovoy, N. P. Jensen, D. Le, K. Prokes, V. G. De Paula, H. N. Bordallo, A. Maljuk, S. Landsgesell, H. Ryll et al., Solitonic Lattice and Yukawa Forces in the Rare-Earth Orthoferrite TbFeO, Nature Mater. 11, 694 (2012).
  11. S. E. Nikitin, L. Wu, A. S. Sefat, K. A. Shaykhutdinov, Z. Lu, S. Meng, E. V. Pomjakushina, K. Conder, G. Ehlers, M. D. Lumsden et al., Decoupled Spin Dynamics in the Rare-Earth Orthoferrite YbFeO: Evolution of Magnetic Excitations Through the SpinReorientation Transition, Phys. Rev. B 98, 064424 (2018).
  12. K. Saito, A. Sato, A. Bhattacharjee, and M. Sorai, High-Precision Detection of the Heat-Capacity Anomaly Due to Spin Reorientation in TmFeO and HoFeO, Sol. St. Comm. 120, 129 (2001).
  13. A. Ovsianikov, O. Usmanov, I. Zobkalo, V. Hutanu, S. Barilo, N. Liubachko, K. Shaykhutdinov, K. Y. Terentjev, S. Semenov, T. Chatterji et al., Magnetic Phase Diagram of HoFeO by Neutron Diffraction, J. Magn. Magn. Mater. 557, 169431 (2022).
  14. J. Leake, G. Shirane, and J. Remeika, The Magnetic Structure of Thulium Orthoferrite, TmFeO , Sol. St. Comm. 6, 15 (1968).
  15. S. Skorobogatov, K. Shaykhutdinov, D. Balaev, M. Pavlovskii, A. Krasikov, and K. Y. Terentjev, Spin Dynamics and Exchange Interaction in Orthoferrite TbFeO With Non-Kramers Rare-Earth Ion, Phys. Rev. B 106, 184404 (2022).
  16. S. Cao, H. Zhao, B. Kang, J. Zhang, and W. Ren, Temperature Induced Spin Switching in SmFeO Single Crystal, Sci. Reps. 4, 5960 (2014).
  17. I. Dzyaloshinsky, A Thermodynamic Theory of «Weak» Ferromagnetism of Antiferromagnetics, J. Phys. Chem. Sol. 4, 241 (1958).
  18. T. Moriya, Anisotropic Superexchange Interaction and Weak Ferromagnetism, Phys. Rev. 120, 91 (1960).
  19. Y. Fang, Y. Yang, X. Liu, J. Kang, L. Hao, X. Chen, L. Xie, G. Sun, V. Chandragiri, C.-W.Wang et al., Observation оf Re-Entrant Spin Reorientation in TbFeO−MnO, Sci. Rep. 6, 33448 (2016).
  20. J. Kang, Y. Yang, X. Qian, K. Xu, X. Cui, Y. Fang, V. Chandragiri, B. Kang, B. Chen, A. Stroppa et al., Spin-Reorientation Magnetic Transitions in MnDoped SmFeO, IUCrJ 4, 598 (2017).
  21. W. Fan, H. Chen, G. Zhao, X. Ma, R. Chakaravarthy, B. Kang, W. Lu, W. Ren, J. Zhang, and S. Cao, Thermal Control Magnetic Switching Dominated by Spin Reorientation Transition in Mn-Doped PrFeO Single Crystals, Front. Phys. 17, 33504 (2022).
  22. L. Su, X.-Q. Zhang, Q.-Y. Dong, Y.-J. Ke, K.-Y. Hou, H.-t. Yang, and Z.-H. Cheng, Spin Reorientation and Magnetocaloric Effect of GdFe−MnO (0 ::( x ::( 0.3) Single Crystals, Physica B 575, 411687 (2019)
  23. Z. Sun, H. Song, S. Zhu, X. Ma, W. Yang, C. Shi, B. Kang, R. Jia, J.-K. Bao, and S. Cao, Pr-Doping Effect on Spin Switching in NdPr FeO Single Crystal, J. Phys. Chem. C 127, 17592 (2023).
  24. F.-K. Chiang, M.-W. Chu, F. Chou, H. Jeng, H. Sheu, F. Chen, and C. Chen, Effect of Jahn–Teller Distortion on Magnetic Ordering in Dy(FeMn)O Perovskites, Phys. Rev. B 83, 245105 (2011).
  25. R. Vilarinho, D. Passos, E. Queir´os, P. Tavares, A. Almeida, M. Weber, M. Guennou, J. Kreisel, and J. A. Moreira, Suppression of the Cooperative Jahn – Teller Distortion and its Effect on the Raman Octahedra-Rotation Modes of TbMn FeO , Phys. Rev. B 97, 144110 (2018).
  26. P. Mandal, V. S. Bhadram, Y. Sundarayya, C. Narayana, A. Sundaresan, and C. Rao, Spin-Reorientation, Ferroelectricity, and Magnetodielectric Effect in YFe−MnO ( 0.1 ::( x ::( 0.40), Phys. Rev. Lett. 107, 137202 (2011).
  27. G. Song, J. Su, S. Fang, J. Tong, X. Xu, H. Yang, and N. Zhang, Modified Crystal Structure, Dielectric and Magnetic Properties of Cr Doped SmFeO3 Ceramic, Physica B 589, 412185 (2020).
  28. Z. Habib, M. Ikram, K. Sultan, Abida, S. A. Mir, K. Majid, and K. Asokan, Electronic ExcitationInduced Structural, Optical, and Magnetic Properties of Ni-Doped HoFe Thin Films, Appl. Phys. A 123, 442 (2017).
  29. A. Somvanshi, S. Husain, S. Manzoor, N. Zarrin, N. Ahmad, B. Want, and W. Khan, Tuning of Magnetic Properties and Multiferroic Nature: Case Study of Cobalt-Doped NdFeO, Appl. Phys. A 127, 174 (2021).
  30. P. Prakash, V. Sathe, C. Prajapat, A. Nigam, P. Krishna, and A. Das, Spin Phonon Coupling in Mn Doped HoFeO Compounds Exhibiting Spin Reorientation Behaviour, J. Phys. Cond. Matter 32, 095801 (2019).
  31. S. Yuan, Y. Yang, Y. Cao, A. Wu, B. Lu, S. Cao, and J. Zhang, Tailoring Complex Magnetic Phase Transition in HoFeO, Sol. St. Comm. 188, 19 (2014).
  32. L. Holmes, L. Van Uitert, and R. Hecker, Effect of Co on Magnetic Properties of ErFeO, HoFeO , and DyFeO, J. Appl. Phys. 42, 657 (1971).
  33. G. Durbin, C. Johnson, L. Prelorendjo, and M. Thomas, Spin Reorientation in Rare Earth Orthoferrites, J. de Phys. Colloq. 37, С6 (1976).
  34. Y. Sundarayya, P. Mandal, A. Sundaresan, and C. Rao, M¨ossbauer Spectroscopic Study of Spin Reorientation in Mn-Substituted Yttrium Orthoferrite, J. Phys.: Condens. Matter 23, 436001 (2011).
  35. W. Kim, B. Y. Kum, and C. S. Kim, SpinReorientation and M¨ossbauer Study of Orthoferrite TbFeMnO, J. Supercond. Nov. Magn. 24, 867 (2011).
  36. D. Ryan, Q. Stoyel, L. Veryha, K. Xu, W. Ren, and S. Cao, A Single-Crystal M¨ossbauer Study of Spin Reorientations in the Multi-Ferroic HoFeO, IEEE Trans. Magn. 53, 1 (2017).
  37. P. Gu¨tlich, E. Bill, and A. X. Trautwein, M¨ossbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry: Fundamentals and Applications, Springer Science and Business Media (2010).
  38. N. Lee, Y. Choi, M. Ramazanoglu, I. W. Ratcliff, V. Kiryukhin, and S.-W. Cheong, Mechanism of Exchange Striction of Ferroelectricity in Multiferroic Orthorhombic HoMnO Single Crystals, Phys. Rev. B 84, 020101 (2011).
  39. A. Dubrovskiy, N. Pavlovskiy, S. Semenov, K. Y. Terentjev, and K. Shaykhutdinov, The Magnetostriction of the HoMnO Hexagonal Single Crystals, J. Magn. Magn. Mater. 440, 44 (2017).
  40. V. J. Angadi, K. Manjunatha, S. Kubrin, A. Kozakov, A. Kochur, A. Nikolskii, I. Petrov, S. Shevtsova, and N. Ayachit, Crystal Structure, Valence State of Ions and Magnetic Properties of HoFeO and HoFeSc O Nanoparticles From X-Ray Diffraction, X-Ray Photoelectron, and Mossbauer Spectroscopy Data, J. Alloys Comp. 842, 155805 (2020).
  41. P. Pi na, R. Buentello, H. Arriola, and E. Nava, M¨ossbauer Spectroscopy of Lanthanum and Holmium Ferrites, Hyperfine Interact. 185 173 (2008).
  42. R. Sternheimer, On Nuclear Quadrupole Moments, Phys. Rev. 80, 102 (1950).
  43. R. Sternheimer, On Nuclear Quadrupole Moments, Phys. Rev. 84, 244 (1951).
  44. L. S. V. R. Marathe, and A. Trautwein, Sternheimer Shielding Using Various Approximations, Phys. Rev. A 19, 1852 (1979).
  45. Г. П. Воробьев, А. М. Кадомцева, И. Б. Крынецкий, А. А. Мухин, О необычном характере спиновой переориентации в HoFeO, ЖЭТФ 95, 1049 (1989).
  46. А. М. Балбашов, Г. В. Козлов, С. П. Лебедев, А. А. Мухин, А. Ю. Пронин, А. С. Прохоров, Аномалии высокочастотных магнитных свойств и новые ориентационные переходы в HoFeO, ЖЭТФ 95, 1092 (1989).
  47. I. Lyubutin, P. Naumov, B. Mill, K. Frolov, and E. Demikhov, Structural And Magnetic Properties of the Iron-Containing Langasite Family AMFe XO (A = Ba, Sr; M = Sb, Nb, Ta; X = Si, Ge) observed by M¨ossbauer spectroscopy, Phys. Rev. B 84, 214425 (2011).
  48. E. O. Wollan, and W. C. Koehler, Neutron Diffraction Study of the Magnetic Properties of the Series of Perovskite-Type Compounds [(1 − x)La, xCa]MnO, Phys. Rev. 100, 545 (1955).
  49. J. Hemberger, M. Brando, R. Wehn, V. Y. Ivanov, A. A. Mukhin, A. M. Balbashov, and A. Loidl, Magnetic Properties and Specific Heat of RMnO (R = Pr, Nd) Phys. Rev. B 69, 064418 (2004).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024