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

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика @vestnik-susu-mmph

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

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

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.
Еще
Краткое сообщение