ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ И СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ОКСИБОРАТОВ (итоговый)

Цель: поиск новых перспективных магнитных материалов с управляемыми электронными и магнитными переходами, которые находят практическое применение в оптоэлектронике и микроэлектронике. Раствор-расплавным методом выполнен синтез монокристаллов со структурой людвигита, хантита и варвикита: Co₃₋ₓFeₓBO₅, Nd₁₋ₓHoₓFe₃(BO₃)₄ и Mn₂₋ₓFeₓBO₄ (0 < x < 1). С использованием XANES- и EXAFS-спектроскопии исследована локальная атомная структура ионов переходных металлов, определены валентные состояния ионов. Продемонстрировано снижение степени искажения кислородных октаэдров при введении в кристаллическую структуру варвикита катионов железа. Проведены магнитные измерения на ориентированных монокристаллах. Изучены магнитные фазовые переходы в зависимости от температуры и степени замещения переходных ионов Co, Fe, Mn; определены основные параметры магнитной структуры. Обнаружена сильная магнитная кристаллографическая анизотропия типа «лёгкая ось» для людвигитов Co₃₋ₓFeₓBO₅. Установлено, что для всего ряда монокристаллов людвигитов характерно наличие дальнего магнитного порядка с сильной конкуренцией обменных взаимодействий и сильных магнитных фрустраций. В то же время показано, что образцы варвикитов Mn₂₋ₓFeₓBO₄ характеризуются переходом в спин-стекольное состояние, несмотря на то, что составы Mn₂BO₄ и Fe2BO₄ имеют дальний магнитный порядок. Это объясняется возникновением дополнительных фрустраций и формированием магнитных спиновых областей в кристаллической структуре варвикита. При изучении магнитных свойств образцов мультиферроиков со структурой хантита Nd₁₋ₓHoₓFe₃(BO₃)₄ с использованием современных (XMCD) и традиционных методик (намагниченность) показано, что редкоземельная и железная подсистемы испытывают спин-флоп-переход одновременно. XMCD-измерения показали определяющую роль гольмиевой подсистемы в процессе намагничивания железной подсистемы, в результате которой поведения намагниченностей железа и гольмия совпадают. Выполнены измерения эффекта Мёссбауэра на железосодержащих образцах, согласно которым определено катионное распределение по неэквивалентным позициям. В рамках модели косвенной обменной связи проведён расчёт обменных интегралов для образцов со структурой людвиигита. Определена величина упорядочивающих и фрустрирующих взаимодействий. Проведён анализ внутри- и межлестничных обменных взаимодействий. Предложена модель магнитной структуры Fe₃BO₅ как системы двух слабосвязанных ортогональных подсистем, которая хорошо согласуется с данными дифракции нейтронов.