Магнитные свойства твёрдых растворов (Y 1-xNd x) 3Al 5O 12
Автор: Рыбина Эльвира Нафизовиа, Брызгалов Александр Николаевич, Свирская Людмила Моисеевна, Викторов Валерий Викторович, Волков Петр Вячеславович, Живулин Дмитрий Евгеньевич
Рубрика: Краткие сообщения
Статья в выпуске: 1 т.5, 2013 года.
Бесплатный доступ
Исследованы образцы твердых растворов системы (Y 1_ хNd x) 3Al sO 12, полученные методом направленной кристаллизации. Определены параметры решётки и магнитная восприимчивость кристаллов в зависимости от концентрации Nd 3+. Неодим замещает иттрий и в связи с близостью ионных радиусов данных элементов не наблюдается изменений параметров решётки твёрдых растворов. Магнитная восприимчивость подчиняется закону Кюри. Высказано предположение об антиферромагнитном упорядочении ближайших катионов f—f электронов Nd 3+ в пределах парных ближайших соседей.
Твердый раствор, алюмоиттриевый гранат, легированный неодимом, магнитная восприимчивость твёрдых растворов
Короткий адрес: https://sciup.org/147158747
IDR: 147158747 | УДК: 538.2
The magnetic properties of solid solutions (Y 1-xNd x) 3Al 5O 12
Samples of solid solutions (Y 1-xNd x) 3Al 5O 12 system obtained by directional crystallization are analyzed. The parameters of the lattice and the magnetic susceptibility of the crystals as function of the Nd 3+ concentration are determined. Neodymium replaces yttrium and due to the proximity of the ionic radii of these elements there is no change in the lattice parameters of solid solutions. The magnetic susceptibility obeys the Curie’s law. It is suggested that there is an antiferromagnetic ordering of the cations closest f-f electrons within Nd 3+ pairs of the nearest neighbors.
Текст краткого сообщения Магнитные свойства твёрдых растворов (Y 1-xNd x) 3Al 5O 12
-
( ), (Y1–xNdx)3Al5O12.
,-
: , , .- ка выращивания монокристаллов (Y1-xNdx)зА15О12 хорошо разработана и допускает легирование Nd3+ 0,2–1,4 . %.
[1–6],-
, ,-
-
Nd3+.
- приимчивость и тонкую структуру твёрдых растворов (Y1—xNdx)3Al5O12.
Теория для Nd3+ разработана Эллиотом и Стивенсом [7]. Этот 4 f -ион имеет 10-кратно выро-
4I9/2, (4I11/2)300
.,
200 . ,-
, Nd3+[8].
Исследование кристаллов
Исследования проводили на кристаллах (Y1— x Nd x )3Al5O12 в виде пластин 20x20 мм и толщи-
3 0,15–1,23 . % Nd3+,-
.
0,1.
Рыбина Э.Н., Брызгалов А.Н., Свирская Л.М., Викторов В .В., Волков П.В., Живулин Д .Е.
Магнитные свойства твёрдых растворов (Y i- , Nd x BAI 5 O 12
Параметр кристаллической решетки образцов определяли методом рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-3M (Сока) с приставкой для цифровой регистрации данных. Расчет и
,-
ICSD.-
> 60 [4]
0,01 5 .-
±0,018 Å.
[10].[8],
( ).
, .-
(Y1–xNdx)3Al5O12-
:
_ N Nd 3 + Мб М^фф
XNd3+ = 3kT где NNd3+ — число катионов неодима в единице массы твёрдого раствора, цъ — магнетон Бора (Мб = 9,27-10-21 эрг/Гс), М-фф — эффективный магнитный момент катиона Nd3+, Т- абсолютная темпера- f-f-
Изменение магнитной восприимчивости в твердых растворах (Y1-xNdx)3Al5O12 от концентрации Nd3+ при комнатной температуре
,
- нию экспериментальных данных магнитной восприимчивости %.
По данным рентгеноструктурного анализа
-
Nd3+- ходится в пределах 12,010+0,0018 А. Послед
, , ,Nd
Y3+, . .
Nd3+ Y3+ 2 %-
0,99 Å 0,97 Å.,
Al3+ 0,57 Å,
, Nd3+ [12].
- нитной восприимчивости твёрдых растворов от
Nd3+ ., -
Nd3+,-
, ( .).
Эффективные магнитные моменты, рассчитанные из экспериментальных данных по формуле (1)
|
Концентрация C , . % |
. . , х 10-6 см3/г |
Концентрация NNd3+ |
Эффективный - мент цэМ , эрг/Гс |
|
0,2 |
0,04 |
8,36·1018 |
2,63 |
|
0,35 |
0,07 |
14,63·1018 |
2,63 |
|
0,65 |
0,13 |
27,17·1018 |
2,63 |
|
0,95 |
0,19 |
39,72·1018 |
2,63 |
|
1,23 |
0,245 |
51,42·1018 |
2,63 |
|
3,79 |
0,75 |
158,44·1018 |
2,63 |
При этом теоретически вычисленный магнитный момент Nd3+ равен 3,62//s. Вычисления проводили следующим образом. Эффективный магнитный момент Мфф определял и по выражению
Мф<ф _ дм T J G J +i),
Краткие сообщения
J – , , J = L – S ,
. Nd3+ 4 f 35 s 2 6 -
L = 6, S = 3/2. J = 9/2.
, (3) [13], g =
0,727:
_ J ( J + 1) + 5 ( 5 + 1) - L ( L + 1)
g = + 2 J ( J + 1)
Следовательно, согласно (2) теоретическое значение цэфф = 3,62цБ, что согласуется с [13].
,-
, f-f Nd3+.
,,
. 4f--
, f-f- [12].- s-f-.
Обсуждение результатов
Измерены параметры решётки и магнитная восприимчивость твёрдых растворов (Y1–xNdx)3Al5O12. , ,-
, , , Nd3+ Y3+, Nd3+ Y3+-
.- ным не зависят от концентрации Nd3+ и составляют 2,63цБ, тогда как теоретически рассчитанный по правилу Хунда эффективный магнитный момент Nd3+ соответствует 3,62цБ. Меньшее значе-
,-
, f-f.
Список литературы Магнитные свойства твёрдых растворов (Y 1-xNd x) 3Al 5O 12
- Каминский, A.A. Лазерные кристаллы/A.A. Каминский. -М.: Наука, 1975. -256 с.
- Каминский, A.A. Физика и спектроскопия лазерных кристаллов/A.A. Каминский. -М.: Наука, 1986. -272 с.
- Лазер на кристаллах иттрий-эрбий-алюминиевого граната//Труды ИОФАН. -1989. -Т. 19. -С. 41-46.
- Оптически плотные активные среды//Труды ИОФАН. -1990. -Т. 26. -С. 22-29.
- Спектроскопия оксидных кристаллов для квантовой электроники//Труды ИОФАН. -1991. -Т. 29. -С. 56.
- Judd-Ofelt analysis of the Er3+ (4f11) absorption intensities in Er3+-doped garnets/Sardar D.K., Bradley W.M., Perez J.J. et al.//J. Appl. Phys. -2003. -V. 93, № 5. -P. 2602-2607.
- Bertrand, J.A. Polynuclear complexes with hydrogen-bonded bridges. 4. Structure and magnetic properties of dinuclear copper(II) complexes of amino alcohols/J.A. Bertrand, E. Fujita, D.G. VanDerveer//Inorg. Chem. -1980. -V. 19, № 7. -P. 2022-2028.
- Карлин, P. Магнетохимия/P. Карлин; пер. с англ. -М.: Мир, 1989. -400 с.
- Crystal Structure and Magnetic Properties of catena-μ-Sulato-[N,N'-bis(2-hydroxyethyl)dithiooxamido(2-)-N,O,S:N',O',S']bis[aquacopper(II)]: A Chain of Copper(II) Dinuclear Units with a 594-cm-1 Singlet-Triplet Separation and a 5.61-Å Copper-Copper Distance/J.J. Girerd, S. Jeannin, Y. Jeannin, O. Kahn//Inorg. Chem. -1978. -V. 17, № 11. -P. 3034-3040.
- Калинников, B.T. Введение в магнетохимию. Метод статистической магнитной восприимчивости в химии/В.Т. Калинников, Ю.В. Ракитин. -М.: Наука, 1980. -302 с.
- Вонсовский, С.В. Магнетизм/С.В. Вонсовский. -М.: Наука, 1971. -1032 с.
- Самсонов, Г.В. Физико-химические свойства окислов: справочник/Г.В. Самсонов. -М.: Металлургия, 1978. -472 с.
- Киттель, Ч. Введение в физику твёрдого тела/Ч. Киттель. -М.: Наука, 1978. -791 с.
