Магнитная структура и магнитные свойства
YFe₃(BO₃)₄ и HoFe₃(BO₃)₄

С помощью упругого рассеяния нейтронов изучены магнитные структуры кристаллов RFe₃(BO₃)₄ (R = Y, Ho). В обоих соединениях обнаружены антиферромагнитные структуры с волновым вектором k = [0, 0, 1/2], возникающая при температурах Нееля 37 К и 38 К для Y и Ho соответственно. В YFe₃(BO₃)₄ во всем исследованном температурном интервале магнитная структура представляет собой ферромагнитно упорядоченные легкие плоскости (a-b) с антиферромагнитным упорядочением соседних плоскостей. Период магнитной структуры удвоен по оси с по сравнению с кристаллической. Такая магнитная структура подтверждается данными антиферромагнитного резонанса.

Более сложная магнитная структура ферробората гольмия HoFe₃(BO₃)₄ обусловлена конкуренцией анизотропных вкладов магнитных подсистем железа и гольмия. Ниже T_N магнитная структура (рис. 1а), как и в ферроборате иттрия, является легкоплоскостной, но третья часть ионов Fe³⁺ имеет ненулевые компоненты магнитных моментов вдоль оси с (красные стрелки). При этом магнитные моменты ионов Ho³⁺ (желтые стрелки), упорядоченных за счет обменного взаимодействия с ионами железа, также лежат в базисной плоскости. Конкуренция анизотропных вкладов магнитных подсистем приводит к спонтанной спиновой переориентации при Т_SR≈5К. Ниже этой температуры магнитные моменты всех ионов железа (красные стрелки на рис. 1б) выстраиваются вдоль оси с, при этом магнитные моменты ионов гольмия (черные стрелки) преимущественно также ориентированы вдоль этой оси, однако часть ионов имеют значительные компоненты в плоскости (a-b).

Установленная магнитная структура HoFe₃(BO₃)₄ подтверждается исследованиями магнитных свойств этого кристалла. Обнаружено, что магнитное поле, приложенное как вдоль ромбоэдрической оси, так и в базисной плоскости, снижает температуру ориентационного перехода. Для обеих ориентаций магнитного поля построены магнитные фазовые диаграммы (рис. 2).

1. Ritter C., Vorotynov A., Pankrats A., Petrakovskii G., Temerov V., Gudim I., Szymczak R. Magnetic structure in iron borates RFe3(BO3)4 (R=Y, Ho), a neutron diffraction and magnetization study. J. Phys.: Condens. Matter, - 2008, - v. 20, - p. 365209 (9pp).
2. Панкрац А.И., Петраковский Г.А., Безматерных Л.Н., Темеров В.Л.. Антиферромагнитный резонанс и магнитная анизотропия в монокристаллах системы YFe3(BO3)4 ? GdFe3(BO3)4. // ФТТ, - 2008, - т. 50, - В. 1, – С. 77-81.

Лаборатория Резонансных Свойств Магнитоупорядоченных Веществ