Влияние катионного замещения на магнитные свойства кобальтовых людвигитов

Проведено экспериментальное исследование кристаллической структуры, зарядовых состояний и магнитных свойств монокристаллов кобальтовых оксиборатов со структурой людвигита и замещением катионами Mn, Cu, Fe (Co₃₋ₓFeₓBO₅ (0 < x < 0,1), Co₂,₂₅Fe₀,₇₅BO₅, Co₂,₈₈Cu₀,₁₂BO₅ и Co₁,₇Mn₁,₃BO₅). На основе данных рентгеновской дифракции для всех исследованных кристаллов выполнен анализ локального окружения катионов. Прямым методом XANES-спектроскопии в образцах Co₁,₇Mn₁,₃BO₅ и Co₂,₈₈Cu₀,₁₂BO₅ определено зарядовое состояние катионов. Методом мессбауэровской спектроскопии в концентрационном ряду Co₃₋ₓFeₓBO₅ наглядно продемонстрированоизменение заселённости неэквивалентных позиций в структуре людвигита. В результате магнитометрических измерений на температурной зависимости намагниченности вдоль оси b обнаружен магнитный фазовый переход при 112 К и изменение оси лёгкого намагничивания (a → b) при 40 К. Построенная диаграмма магнитных состояний Co-Fe людвигитов позволяет суммировать все имеющиеся данные по магнитному поведению этих образцов. С помощью расчёта интегралов косвенного обмена в людвигитах Co₃BO₅, Co₂,₂₅Fe₀,₇₅BO₅, Fe₃BO₅, Co₁,₇Mn₁,₃BO₅ и Co₂,₈₈Cu₀,₁₂BO₅ проведён анализ возможных магнитных структур в людвигитах. Предложенная модель магнитной структуры Fe₃BO₅ как системы двух слабосвязанных ортогональных подсистем полностью подтверждена экспериментальными результатами.