磁场诱导的TmFeO_(3)单晶自旋重取向

TmFeO_(3)具有磁光效应、多铁性和自旋重取向等丰富的物理特性,在凝聚态物理和材料物理领域具有重要的研究价值.本文利用时域太赫兹低温磁光谱,研究TmFeO_(3)单晶在1.6 K温度下自旋共振频率随外加磁场的变化规律,并表征其内部复杂的相互作用.结果表明,随磁场增加TmFeO_(3)单晶的准铁磁共振向高频移动,而准反铁磁共振在临界磁场(2.2—3.6 T)转变为准铁磁共振,通过磁结构分析和理论拟合,证实单晶磁矩发生了磁场诱导的自旋重取向.本研究有助于深入理解稀土正铁氧体在外磁场、温度场综合作用下,内部磁结构的调控机制,开发相关的自旋电子学器件.

磁性薄膜自旋重取向行为的Monte Carlo模拟

利用MonteCarlo方法模拟了二维简单立方结构磁性薄膜的自旋重取向行为,重点研究了各向异性和偶极相互作用对系统自旋取向的影响.通过计算,获得了系统的相图以及系统组态、磁分量、比热等随偶极相互作用和温度的变化规律.模拟结果表明,在一定的参数范围内,随着温度的升高,系统的自旋取向将由垂直向平行方向转变.

伪双元合金Hf_(0.82)Ta_(0.18)Fe_2温度诱导自旋重取向的穆斯堡尔研究

制备了伪双元合金Hf0.82Ta0.18Fe2。X射线衍射表明,合金为C14型Laves相结构,晶格常数为a=4.92133(3),c=8.0488(1)。在温度20K～380K范围内测量了穆斯堡尔谱。表明合金随温度存在两个磁相变点,一个从顺磁态(PM)到反铁磁态(AFM),相变温度为330K,另一个从反铁磁(AFM)到铁磁态(FM),相变温度约为180K。在AFM-FM相变点,6h位Fe原子自旋方向发生翻转,从沿c方向转向ab平面。相应地,2a位的Fe原子,在AFM态为顺磁性,经过该相变后,相应地呈现铁磁性排列。

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的结构、磁致伸缩性能和自旋重取向研究

本文系统研究了室温下Tb0 3 Dy0 7(Fe1-xAlx) 1 95(x =0 ,0 0 5 ,0 1,0 15 ,0 2 ,0 2 5 ,0 3,0 35 )合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响。结果发现 ,x <0 4时 ,Tb0 3 Dy0 7(Fe1-xAlx) 1 95完全保持MgCl2 立方Laves相结构 ,晶格常数a随Al含量x的增加而增大。磁致伸缩测量发现 ,随着替代量x的增多磁致伸缩减小 ,x >0 15时超磁致伸缩效应消失 ;x <0 15时磁致伸缩在低场下 (H≤ 4 0kA/m)有小幅增加 ,高场下迅速减小 ,而且易趋于饱和 ,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性。内禀磁致伸缩λ111随Al替代量x的增加大幅度降低。穆斯堡尔效应表明 ,Tb0 3 Dy0 7(Fe1-xAlx) 1 95合金的易磁化方向随成份和温度在{ 110 }面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴 ,即自旋重取向。室温下 ,当x =0 15时 ,Tb0 3 Dy0 7(Fe1-xAlx) 1 95合金中出现了少量非磁性相 ;x >0 15时 ,合金完全呈顺磁性。

二维磁性Heisenberg薄膜的自旋重取向和条形畴研究

利用Monte Carlo方法研究了二维磁性Heisenberg薄膜在有交换相互作用、各向异性、偶极相互作用等因素共同作用下的相变行为,重点讨论了薄膜的自旋重取向和磁畴的变化.模拟结果表明:在一定的参数范围内,随着温度的升高,系统的自旋取向将由垂直向平行于平面方向转变;系统在不同情况下出现了水平条形畴和垂直条形畴,并研究了交换相互作用、各向异性及温度对基态条形畴的影响.

磁性薄膜自旋重取向的机制

采用Monte Carlo方法,使用微观电子自旋模型和具有偶极相互作用的Heisenberg模型,对16×16二维平方格子的磁性系统自旋重取向现象进行了研究.发现在一定参数下,系统呈现出包含4个不同区域的磁化曲线.从理论上再现了系统从垂直磁化向面内磁化转变时的宏观磁矩的丢失现象,得到了与实验观测相一致的结果.通过计算系统的自旋组态和能量特征,对产生这种现象的机制进行了分析.

Tm_2Fe_（17）C_x化合物自旋重取向的理论研究

用单离子模型计算了Ｔｍ＿２Ｆｅ＿（１７）Ｃ＿ｘ化合物中稀上离子Ｔｍ￣（３＋）的磁晶各向异性稳定能随温度的变化关系．并考虑到铁次晶格的易磁化面，最后算出了Ｔｍ＿２Ｆｅ＿（１７）Ｃ＿ｘ自旋重取向温度与Ｃ原子含量之间的关系。

TbMn6Sn6合金自旋重取向的^57Fe与^119Sn穆斯堡尔谱研究

采用电弧熔炼法制备了三元稀土过渡族金属合金TbMn6Sn6。粉末X射线衍射(XRD)测量表明该合金为HfFe6Ge6型晶体结构。对该合金在20～390K温度范围内测量了119Sn与57Fe穆斯堡尔谱,观察到了该合金在温度约为310K时的自旋重取向行为。

金属间化物（Dy_xSm_（1－x）_2Fe_（17）N_y的自旋重取向研究

制备了金属间化物（ＤｙｘＳｍ１－ｘ）２Ｆｅ１７Ｎｙ（ｘ＝０．２，０．４，０．６，０．８；２＜ｙ＜３）的取向样品，并通过变温穆斯堡尔谱等手段研究金属间化物（ＤｙｘＳｍ１－ｘ）２Ｆｅ１７Ｎｙ（ｘ＝０．４；２＜ｙ＜３）的自旋重取向现象，进而对其中的各向异性产生机制等方面进行了分析。由试验得出以下结论：１）取向样品（ＤｙｘＳｍ１－ｘ）２Ｆｅ１７Ｎｙ（ｘ＝０．４；２＜ｙ＜３）在１００～１５０Ｋ温度之间存在自旋重取向现象，即由易Ｃ轴各向异性变为易锥面各向异性；２）金属间化物（ＤｙｘＳｍ１－ｘ）２Ｆｅ１７Ｎｙ（ｘ＝０．４；２＜ｙ＜３）中Ｄｙ次格子的单轴各向异性较强，导致在较低温度下出现自旋磁结构的相变。

Tb_(0．3)Dy_(0．7)(Fe_(0．9)T_(0．1))_(1．95)合金的结构磁性能、磁致伸缩和自旋重取向温度研究

本文系统研究了室温下Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(0.9)T_(0.1))_(1.95)(T=Mn,Fe,Co,B,Al,Ga)合金中ⅢA族金属和过渡金属T替代Fe对晶体结构、磁性能、磁致伸缩和自旋重取向温度的影响。结果发现,不同金属T替代Fe,Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(0.9)T_(0.1))_(1.95)合金具有相同的MgCu_2型立方Laves相结构。除Co之外,其它金属替代均使合金的点阵常数有不同程度的增大,而Curie温度有所降低。T替代Fe使合金的比饱和磁化强度增大。ⅢA族金属B,Al,Ga替代使磁致伸缩λ_s下降幅度较大,而且Al,Ga替代使磁致伸缩容易饱和,表明Al,Ga替代可降低合金的磁晶各向异性,而过渡金属Mn,Co替代Fe使合金磁致伸缩λ_1下降幅度较小,不同替代金属元素,对内禀磁致伸缩λ_(111)有不同的影响。同时还发现,替代使合金的自旋重取向温度略有下降。

Ho1–xYxFeO3单晶自旋重取向的掺杂效应与磁控效应的太赫兹光谱

利用自研的磁场下太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS),系统研究了磁场与非磁性Y3+离子掺杂对HoFeO3单晶中自旋态以及自旋重取向的影响.结果表明Y3+掺杂可以在不改变自旋重取向类型情况下,有效降低自旋重取向温区,而且还能降低Ho1–xYxFeO3单晶中低温区准铁磁模式(q-FM,quasi-ferromagnetic mode)自旋共振频率以及提升高温区的准反铁磁模式(q-AFM,quasi-antiferromagnetic mode)自旋共振频率.在沿(110)方向施加外加磁场(HDC)的情况下,一方面,发现磁场不仅能有效调控Ho1–xYxFeO3单晶中的q-FM共振频率,而且还能诱导出自旋重取向;另一方面,发现温度越接近自旋重取向温区时,磁诱导自旋重取向的发生越容易,而且磁诱导效应的临界磁场强度随Y3+离子掺杂浓度而增加.研究表明,THz光谱数据可以用于检测HoFeO3中Y3+离子的掺杂浓度,而且Y3+掺杂可以使HoFeO3晶体中的自旋态更加稳定,不容易受外界磁场的影响.这一自旋重取向的掺杂效应、磁控效应的研究将有助于理解稀土正铁氧体中的自旋交换作用及其外场调控机制.

磁偶极作用Heisenberg模型的相图及自旋重取向分析

应用MonteCarlo模拟的方法 ,研究了交换相互作用、表面各向异性和长程偶极相互作用共同作用下超薄磁膜磁化状态随温度的演化。通过计算系统的相图 ,分析了交换相互作用、表面各向异性和长程偶极相互作用对系统状态的影响 ,从理论上再现了系统从垂直磁化向面内磁化转变时的宏观磁矩的丢失现象 ,得到了与实验观测相一致的结果 ,并由此阐明了该过程的物理机制。

化合物DyMn_6Sn_6的磁晶各向异性及自旋重取向相变研究

采用交换相互作用的分子场理论模型对金属间化合物DyMn6Sn6的自旋重取向相变进行了研究。从理论上计算了DyMn6Sn6的易磁化方向以及Dy和Mn离子磁矩与c轴夹角随温度的变化。基于单离子模型计算了Dy离子的一阶和二阶磁晶各向异性常数K1R和K2R随温度的变化。研究表明,为了很好的描述该化合物的自旋重取向相变,必须考虑Dy离子的四阶晶场项及相应的二阶磁晶各向异性常数K2R、K2R与K1R和Mn离子磁各向异性常数K1t之间的相互竞争是导致DyMn6Sn6自旋重取向相变的重要因素。

磁性化合物R_2Fe_(17)N_x(R=Er,Tm)自旋重取向的理论解释

用单离子模型计算了化合物R_2Fe_(17)N_x(R=Er,Tm)中稀土离子R^(3+)的磁晶各向异性稳定能随温度的变化关系。并考虑到铁次晶格的各向异性稳定能随温度的变化关系,成功地解释了化合物R_2Fe_(17)N_x(R=Er,Tm)中出现自旋重取向的现象。

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的磁致伸缩、自旋重取向和穆斯堡尔谱研究

系统研究了室温下Tb0 .3 Dy0 .7(Fe1 -xAlx) 1 .95(x=0 ,0 .0 5 ,0 .1,0 .15 ,0 .2 ,0 .2 5 ,0 .3,0 .35 )合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响 .结果发现 ,x <0 .4时 ,Tb0 .3 Dy0 .7(Fe1 -xAlx) 1 .95完全保持MgCl2立方Laves相结构 ,晶格常量a随Al含量x的增加而增大 .磁致伸缩测量发现 ,随着替代量x的增多磁致伸缩减小 ,x >0 .15时超磁致伸缩效应消失 ;x <0 .15时磁致伸缩在低场下 (H≤ 4kA m)有小幅增加 ,高场下迅速减小 ,而且易趋于饱和 ,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性 .内禀磁致伸缩λ1 1 1 随Al替代量x的增加大幅度降低 .对于 0≤x <0 .15 ,穆斯堡尔效应表明 ,随Al含量的增加Tb0 .3 Dy0 .7(Fe1 -xAlx) 1 .95合金中发生了自旋重取向 ,易磁化方向经历了 [111]→ [uv 0 ]→ [uvw]的转变 .由相对磁化率随温度的变化关系可以看出 ,Al替代Fe使自旋重取向温度降低 .当x =0 .15时 ,Tb0 .3 Dy0 .7(Fe1 -xAlx) 1 .95合金中出现了少量非磁性相 ;x>0 .15时 。

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的自旋重取向和穆斯堡尔

系统研究了室温和 77K温度时Tb0 3Dy0 7(Fe1 -xAlx) 1 95(x =0 ,0 0 5 ,0 1,0 15 ,0 2 ,0 2 5 ,0 3,0 35 )合金中金属Al替代Fe对自旋重取向和穆斯堡尔谱的影响 .结果发现 ,Tb0 3Dy0 7(Fe1 -xAlx) 1 95合金的易磁化方向随成分和温度在{ 110 }面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴 ,即自旋重取向 .室温下 ,当x =0 15时 ,Tb0 3Dy0 7(Fe1 -xAlx) 1 95合金中出现了少量非磁性相 ;x>0 15时 ,合金完全呈顺磁性 ;而 77K温度下 ,x =0 2时合金仍然呈磁性相 .在室温和 77K温度时 ,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小 ,而同质异能移IS 随Al元素的增加而增加 ,四极劈裂QS 随Al含量呈无规律的变化 .

化合物HoMn_6Sn_6的磁晶各向异性及自旋重取向相变研究

采用交换相互作用的分子场理论模型对金属间化合物HoMn6Sn6的自旋重取向相变进行了研究.从理论上计算了HoMn6Sn6的易磁化方向以及Ho和Mn离子磁矩与c轴夹角随温度的变化.基于单离子模型计算了Ho离子的一阶和二阶磁晶各向异性常数K1R和K2R随温度的变化.研究表明,为了很好描述该化合物的自旋重取向相变,必须考虑Ho离子的四阶晶场项及相应的二阶磁晶各向异性常数K2R,K2R与K1R和Mn离子磁晶各向异性常数K1t之间的相互竞争是导致HoMn6Sn6自旋重取向相变的重要因素.

Tb_(0.3)Dy_(0.7-x)Pr_x(Fe_(0.9)Al_(0.1))_(1.95)合金的磁致伸缩、自旋重取向和穆斯堡尔谱研究

系统研究了室温下Tb0·3Dy0·7-xPrx(Fe0·9Al0·1)1·95(x=0,0·1,0·2,0·25,0·3,0·35)合金中稀土元素Pr替代Dy对晶体结构、磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x≤0·1时,Tb0·3Dy0·7-xPrx(Fe0·9Al0·1)1·95完全保持MgCl2立方Laves相结构,0·1<x≤0·3,有杂相出现并且随Pr替代量逐渐增多;晶格常数a随Pr含量x的增加缓慢增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增多磁致伸缩减小;x>0·2时超磁致伸缩效应消失.然而,x=0·1时合金的磁致伸缩略大于没有替代的,而且磁致伸缩随磁场更易趋于饱和,说明Pr替代有助于降低磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随Pr替代量x的增加接近线性增加.由相对磁化率随温度的变化关系可以看出,自旋重取向温度随Pr替代量的增多呈先增后降趋势,在x=0·1处出现极大值.穆斯堡尔效应表明,随Pr含量的增加Tb0·3Dy0·7-xPrx(Fe0·9Al0·1)1·95合金中易磁化轴可能在{110}面上绕主对称轴作微小转动,发生自旋重取向.与Al元素替代效应相比,Pr替代Dy对自旋重取向的影响相对较小.

Tb_(0.3)Dy_(0.6)Pr_(0.1)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的磁致伸缩、自旋重取向和Mssbauer谱研究

系统研究了室温下Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx)1.95(x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3)合金中元素Al替代Fe对结构、磁致伸缩性能、自旋重取向温度和Mssbauer谱的影响.实验测量表明,x<0.2时Tb0.3Dy0.6Pr0.1(Fe1-xAlx)1.95合金基本上是纯的单相,x=0.2出现其他杂相,且杂相随Al替代量的增加不断增多.随Al替代量x的增加磁致伸缩系数快速减小,x>0.15时巨磁致伸缩效应消失,而且少量Al的加入有利于降低磁晶各向异性.相对磁化率随温度的变化测量表明,自旋重取向温度Tm随Al替代量的增多而降低.Mssbauer谱的测量发现,随Al含量的增加,易磁化轴可能在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即发生自旋重取向.对Mssbauer谱的分析表明:随Al替换量x的增多,平均超精细场Hhf减小,而同质异能移IS增大,四极劈裂QS则呈无规律的变化.

Tb_(0·3)Dy_(0·7)(Fe_(0·9)T_(0·1))_(1·95)合金的结构、自旋重取向和穆斯堡尔谱

系统研究了室温下Tb_(0·3)Dy_(0·7)(Fe_(0·9)T_(0·1))_(1·95)(过渡金属元素T=Mn,Fe,Co,B,Al,Ga)合金中ⅢA族金属和过渡金属元素T替代Fe对结构、自旋重取向和穆斯堡尔谱的影响.结果发现,不同金属T替代Fe,Tb_(0·3)Dy_(0·7)(Fe_(0·9)T_(0·1))_(1·95),合金具有相同的MgCu2型立方Laves相结构;Al,Ga替代使Tb_(0·3)Dy_(0·7)(Fe_(0·9)T_(0·1))_(1·95)合金的易磁化方向在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向,B,Mn,Co替代未使易磁化轴发生明显转动;Al,Ga元素替代使超精细场Hhf略有下降,B,Mn替代对超精细场Hhf的影响不大,而Co元素替代使超精细场Hhf有较大增加;所有元素替代使同质异能移IS有所增加;B,Al,Ga和Mn替代使四极劈裂Qs增加,而Co替代使四极劈裂Qs下降.