Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. В результате проведенных комплексных физических исследований (магнитных. магнитодиэлектрических, нейтронографических) была построена Hb-T магнитная фазовая диаграмма ортоферрита гольмия в диапазоне магнитных полей до 8 Тл и температур 1.5-70 К. Установлено, что низкотемпературный переход при H||b осуществляется между фазами Г23 и Г13, т.е. происходит необычный обратный спин-флоп переход Gx – Gy, при котором антиферромагнитно упорядоченные спины Fe переориентируются вдоль поля. Механизм данного перехода связан с конкуренцией различных вкладов в энергию анизотропии Fe-подсистемы, обменного Ho-Fe взаимодействия и зеемановского взаимодействия Fe и Ho подсистем c магнитным полем. Пироэлектрические полевые и температурные измерения в электрическом поле E||c показали, что наблюдаемый заряд, который ранее в некоторых работах ассоциировался со спонтанной поляризацией, обусловлен диэлектрической проницаемостью. Доказано, что наблюдаемые в этих работах всплески пиротока при отогреве образца после охлаждения в присутствии электрического поля вызваны так называемыми термо-индуцированными деполяризующими токами, а истинная (спонтанная или индуцированная магнитным полем) поляризация в HoFeO3 отсутствует во всем температурном диапазоне в полном соответствии с центросимметричной магнитной структурой, запрещающей ее существование. При этом показано, что допускаемые симметрией магнитоэлектрические взаимодействия за счет нецентросимметричных редкоземельных позиций определяют вклад в диэлектрическую проницаемость, который зависит от ориентации спинов Fe и их вектора антиферромагнетизма G. Этим объясняются обнаруженные аномалии εz при спонтанной и индуцированных полями H||b и H||c спиновых переориентациях. 2. Впервые обнаружено проявление магнитодиэлектрических эффектов при спонтанных Г4(GxFz) - Г42(GxFzGzFx) - Г2(GzFx) (Т ~ 6 – 8 К) и индуцированных полем H||a и H||c фазовых переходах в YbFeO3. Величина изменения диэлектрической проницаемости составляет <~ 1% и связана с магнитоэлектрическими взаимодействиями в Yb подсистеме, зависящими от ориентации спинов железа. Обнаружены также изменения электрического заряда на образце YbFeO3 с-среза при измерениях с включенным электрическим полем, и показано, что они связаны с изменениями диэлектрической проницаемости. 3. Магнитные измерения подтвердили существование в TmFeO3 плавного спин-переориентационного перехода Г4 – Г2, происходящего через промежуточную угловую фазу Г24 в температурном интервале 95-80 К. Показано, что остаточная намагниченность вдоль оси а обнаруживает минимум в районе 12 К, однако смены её знака не происходит, что свидетельствует об отсутствии точки компенсации намагниченностей Fе и Tm- подсистем. Обнаружено заметное увеличение проницаемости εс TmFeO3 при понижении температуры, прохождение максимального значения при Т ~ 17 К и убывание при дальнейшем уменьшении температуры. Такое поведение связано с особенностями спектра ионов Tm3+ в локальном кристаллическом поле группы Cs и разрешенными электрическими дипольными переходами между ними. Показано также, что в области низких температур (T <~ 30 К) приложение магнитного поля вдоль оси с оказывает существенное влияние на вид температурных зависимостей проницаемости, а полевые зависимости проницаемости εс имеют немонотонный характер, причем относительные изменения εс достигают 4 %. 4. Проведенные экспериментальные исследования магнитных, магнитоэлектрических и магнитодиэлектрических свойств GdFeO3 в совокупности с разработанной теоретической моделью позволили обнаружить и объяснить необычный переход в сильных магнитных полях при H||c, связанный с разворотом спонтанного слабоферромагнитного момента Fe от направления против магнитного поля к направлению вдоль поля; количественно описать температурные и полевые зависимости диэлектрической проницаемости и поляризации одним и тем же магнитоэлектрическим параметром. Уточнена На-Т фазовая диаграмма в области температур ниже температуры антиферромагнитного упорядочения гадолиния. Показано, что наблюдаемый спин-флоп переход в Gd подсистеме (gxay → gzfx) при T < TNGd может сопровождаться переориентацией Fe спинов как в фазу Г2(GzFx), так и в промежуточную угловую структуру Г24 с последующим её доворотом до Г2. Это определяется тонким балансом анизотропных взаимодействий в обеих подсистемах, в частности, собственной энергией анизотропии ионов Gd , стабилизирующей их антиферромагнитный момент вдоль а-оси, который сопоставим с энергией анизотропии Fe подсистемы. 5. Впервые измерены спектры TDS пропускания GdFeO3 в диапазоне частот 200-3000 ГГц при температурах до 1.9 К, в которых обнаружено при TNGd заметное смещение вверх двух линий антиферромагнитного резонанса подсистемы Fe, свидетельствующее о влиянии на них антиферромагнитного упорядочения Gd наряду с Gd-Fe обменом. При этом условия возбуждения обеих мод АФМР не меняются по сравнению с высокотемпературной фазой Г4(GxFz). Установлено небольшое отличие частот квазиферромагнитной моды АФМР железа ν1 для разных кристаллов, которое может быть вызвано наличием вакансий в позициях железа, создающих дополнительное обменное Gd-Fe поле, влияющее на частоты АФМР и их температурную зависимость. Отсутствие дополнительных резонансных возбуждений указывает, что АФМР моды Gd лежат ниже 200 ГГц.