Магнитоэлектрические явления в новых мультиферроиках с магнито-индуцированной электрической поляризацией (промежуточный отчёт, этап 1)

Обнаружено сильное (до 200 %) влияние электрического поля на начальные восприимчивость и намагниченность в монокристаллах SmFe₃(BO₃)₄ при температурах ниже точки Нееля в слабых и умеренных (< 10 кЭ) магнитных полях. Зависимость восприимчивости от электрического поля нелинейна с тенденцией к насыщению с ростом поля. Показано, что положительное электрическое поле вызывает увеличение восприимчивости, измеренной вдоль оси а, и уменьшение восприимчивости вдоль оси b. Отрицательное же электрическое поле уменьшает восприимчивость вдоль оси а и увеличивает вдоль b-оси. Выполнены квазиоптические терагерцевые исследования магнитных возбуждений во взаимодействующих Fe- и Nd-подсистемах в ферроборате Nd₁₋ₓTbₓFe₃(BO₃)₄ (х = 0,1) в магнитном поле H||a-оси. При H = 0 в области Nd-моды (370 ГГц), определяемой расщеплением крамерсовского дублета Nd³⁺ обменным полем железной подсистемы, обнаружено вращение плоскости поляризации, которое обусловлено естественной оптической активностью. В магнитном поле H||a-оси исследована эволюция Fe- и Nd-мод и связанных с ними динамических магнитоэлектрических эффектов. Установлено, что в области высокополевой моды АФМР наблюдается заметное вращение плоскости поляризации. Получены полевые зависимости угла поворота плоскости поляризации и эллиптичности. Показано, что это вращение поляризации меняет знак при инверсии поля и обусловлено гиротропным двулучепреломлением. Проведены нейтронографические исследования магнитной структуры монокристаллов замещенных мультиферроиков-ферроборатов Nd₀,₉Tb₀,₁Fe₃(BO₃)₄ и Nd₀,₈Tb ₀,₂Fe(BO₃)₄. Показано, что небольшое замещение Nd на сильно анизотропный ион Tb приводит к переориентации основного вектора антиферромагнетизма L от базисной плоскости к гексагональной оси. При низких температурах (2 К) выявлены нарушение чисто коллинеарного антиферромагнитного упорядочения спинов Fe и появление дополнительных (тонких) компонентов, разрешаемых симметрией. Выполнены нейтронно-дифракционные исследования магнитной структуры монокристаллов исходного и замещенного алюминием составов браунмиллерита Ca₂Fe₂₋ₓAlₓO₅ (х = 0 и 0,9) в институте Лауэ - Ланжевена (г. Гренобль). Определена магнитная структура в незамещенном составе слабого ферромагнетика Ca₂Fe₂O₅ при температурах 300, 200, 100 и 2 К, которая имеет симметрию Pcm"n" со спинами, ориентированными вдоль оси с. Полученные результаты свидетельствуют о том, что магнитная структура Ca₂Fe₂O₅ ведет себя классическим образом (с насыщением магнитных моментов) и сохраняется неизменной вплоть до самых низких температур. Измерены температурные и полевые (H||c-оси) зависимости ряда рефлексов в монокристалле мультиферроика Ca₂Fe₁,₁Al₀,₉O₅, где имеет место спонтанная переориентация спинов от а-оси к оси с в интервале 50 - 110 К, и накоплены данные для ряда температур и полей. Предварительная обработка данных по температурной и полевой зависимостям трех рефлексов показала наличие ожидаемой спонтанной и индуцированной полем H||c спиновой переориентации. Исследован мультиферроик CuO с высокой температурой перехода в мультиферроидное состояние. На основе анализа полученных данных предполагается сосуществование в фазе AF3 двух волн спиновой плотности, возникающих из-за случайного вырождения энергетических состояний двух соответствующих параметров порядка из-за наличия тонкого энергетического баланса в спиновом гамильтониане. Методом молекулярного поля в соединениях Fe-лангаситов (Ba₃NbFe₃Si₂O₁₄, Ba₃TaFe₃Si₂O₄ и Sr₃TaFe₃Si₂O₁₄) составлено описание их треугольной (120°) несоразмерной магнитной структуры с волновым вектором k ≈ 0, 0, 1/7. Показано, что наличие одноионной анизотропии приводит к искажению магнитной спирали и возникновению гармоник 2k и 3k. С учетом основного состояния магнитной структуры Fe-ланагситов на примере соединения Ba₃NbFe₃Si₂O₁₄ смоделирована эволюция магнитной структуры при различных ориентациях внешнего магнитного поля, и показано наличие спин-флоп-перехода в полях ~7Т, ориентированных в базисной ab-плоскости или при небольших отклонениях от нее. Методом зонной плавки выращены Co-замещенные гексаферриты М-типа SrCoₓFe₁₂₋ₓO₁₉ (0 < x < 1), в которых конкуренция магнитных анизотропий Fe и Co может приводить к возникновению конусных магнитных структур, проявляющих сегнетоэлектрические свойства. Магнитные измерения свидетельствуют об изменении с ростом содержания Co характера магнитной анизотропии при низких температурах от одноосной, присущей нелегированному SrFe₁₂O₁₉, к легкоплоскостной при x > 0,3.