Раствор-расплавный синтез, кристаллографическая и магнитная структура новых функциональных ферримагнитных оксиборатов семейства людвигитов (промежуточный)

Освещены вопросы физики конденсированного состояния, связанные с поиском, синтезом и исследованием свойств новых перспективных магнитных материалов. Изучены медьсодержащие оксибораты Cu₂Mn₁₋ₓFeₓBO₅ с замещением в трехвалентной подсистеме. Данные соединения обладают моноклинно-искаженной вследствие присутствия Ян-Теллеровских катионов структурой людвигита. Сложная кристаллографическая структура, квазинизкомерные элементы и присутствие разновалентных катионов являются причиной трудности получения монокристаллов людвигитов размера, достаточного для исследований. В случае же оксиборатов Cu₂Mn₁₋ₓFeₓBO₅, среди которых на сегодняшний день синтезирован и исследован лишь состав с x=1, основной задачей является поиск метода для устойчивого роста монокристаллов с x<1. Решение данной задачи осложняет существенная анизотропия роста монокристаллов, возникающая вследствие присутствия в структуре квазидвумерных загзагообразных стенок. Отдельной особо важной задачей, рассматриваемой в исследовании, является стабилизация разновалентных состояний иона марганца в структуре людвигита, что существенным образом влияет на магнитные и электрические свойства исследуемых оксиборатов. Квазинизкомерная кристаллографическая структура определяет сложную магнитную структуру магнитоупорядоченной фазы. Предварительная магнитная характеризация образца Cu₂MnBO₅, где x=0, показала существенное отличие в поведении магнитных свойств представителей данных соединений от других людвигитов в пользу значительного увеличения макроскопического магнитного момента и температуры магнитного упорядочения. Понимание микромеханизмов процессов упорядочения и формирования магнитной структуры в людвигитах Cu₂Mn₁₋ₓFeₓBO₅ требует проведения детальной разноплановой характеризации свойств этих объектов. Отсутствие центра симметрии в магнитной структуре и нелинейная зависимость магнитострикции представляют данное соединение перспективным кандидатом для обнаружения в нем магнитоэлектрического эффекта. Разработана раствор-расплавная технология для выращивания монокристаллов медьсодержащих оксиборатов Cu₂Mn₁₋ₓFeₓBO₅. Изучены основные механизмы стабилизации разновалентных состояний марганца (Mn²⁺, Mn³⁺), иерархия химических связей, возникающих вследствие реакций между компонентами раствора-расплава, зависимость параметров растворов-расплавов в зависимости от степени замещения железом x. Синтезированы монокристаллы с разной степенью замещения (x=0; 0.2; 0.4; 0.5). Проведены исследования структурных свойств синтезированных монокристаллов. Были измерены и исследованы спектры EXAFS для каждого из полученных образцов. Уточненные составы синтезированных образцов отличаются от составов «по закладке» и характеризуются присутствием в структуре катионов Mn²⁺. Для состава с x=0 были проведены теоретические (в рамках модели косвенной связи) и экспериментальные (методом порошковой дифракции нейтронов) исследования магнитной структуры. Уточнены заселенности позиций, величины и направления магнитных моментов. Экспериментально полученная магнитная структура, как и ожидали, не обладает центром симметрии. Проведены комплексные исследования магнитных и термодинамических свойств состава с x=0 как базового для составов с ненулевым содержанием железа. Уточнена температура магнитного упорядочения. Ниже температуры упорядочения обнаружена вторая аномалия температурных зависимостей намагниченности, сильно зависящая от величины приложенного магнитного поля.