RACEMISM OF TRIGONAL SINGLE RARE-EARTH OKSIBORATES


Cite item

Full Text

Abstract

The authors describe the uncovered racemic twinning in single crystals of RM 3(BO 3) 4 (R=Y, La-Lu; M=Fe, Al, Ga) and its dependence on chemical composition of the crystals. The authors prove that number of left and right isomers can be changed by the introduction of substitute elements in R and M sublattices, which makes it possible to eliminate the influence of twinning on the properties of crystals.

Full Text

Монокристаллы редкоземельных алюмо- и ферроборатов со структурой хантита привлекли большое внимание как лазерные средствы с однопозиционным распределением активных ионов. В начале этого тысячелетия в кристаллах ферроборатов была обнаружена достаточно большая магнитоэлектрическая поляризация [1; 2]. В последние годы в монокристаллах гольмиевого, тулиевого и эрбиевого алюмоборатов также был обнаружен [3] сильный магнитоэлектрический эффект, и они вызвали немалый интерес в качестве объектов для изучения механизма формирования магнитоэлектрического взаимодействия и возможностей электрического управления локальным магнитным состоянием в структурах с квазиодномерным распределением магнитных катионов. Наличие в структуре кристалла геликоидальных цепочек из октаэдров Fe(Al)O6 предполагает существование их в двух видах: с правым и левым вращением. Действительно, как показали проведенные рентгенографические исследования, существуют кристаллы с правым вращением цепочек, например HoFe3(BO3), и левым, например PrFe3(BO3) (рис. 1). Более того, оказалось, что в зависимости от химического состава в кристаллах могут одновременно при сутствовать участки цепочек и с левым, и с правым вращением. Установлено, что соотношение между правыми и левыми изомерами зависит от ионных радиусов Re и M. Показано (в процентах) содержание правых изомеров в монокристаллах ReFe3(BO3)4 и ReAl3(BO3)4. У первых явно, а у вторых менее выражена тенденция к уменьшению количества правых изомеров в кристаллах по мере возрастания ионного радиуса редкоземельного элемента. Аналогичная тенденция наблюдается при замещении на катион с меньшим ионным радиусом в редкоземельной подрешетке или в подрешетке малого катиона (рис. 2, 3). Таким образом, путем замещения катионов можно изменять соотношение правых и левых изомеров вплоть до устранения хиральности. Рассмотрим данные по двойникованию и измеренной магнитоэлектрической поляризации в парамагнитных кристаллах (табл. 1). Предполагая, что измеренная магнитоэлектрическая поляризация равна разности поляризаций от лево- и правозакрученных изомеров, можно оценить локальную микроскопическую поляризацию, которую можно было бы достичь при однонаправленном вращении спиралей. —RFe (ВО ) 100 80 •С О) ’С 60 40 RAI,(BO,)4 Но Y Er A Lu ЛЯ 1 Dy V \ Nd ть \ . \ л Tm 1 Smlr 1 1 Tb |Pr Yb] Ho 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 R/r Рис. 1. Соотношение правых и левых изомеров в монокристаллах ReFe3(BO3)4 и ReAl3(BO3)4 [<1,RJ2,RJ/r Рис. 2. Содержание в процентах правых изомеров в монокристаллах Nd1.x(Ho,La)xFe3(BO3)4 и Sm!.x(Ho,La)xAl3(BO3)4 ’Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8365. 156 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Таблица 1 Соотношение двойникования и магнитоэлектрического эффекта Состав R/r % правых % левых Pa(H)max (^C/m2) TmAl3(BO3)4 1,645 70 30 700 (70кЭ) ErAl3(BO3)4 1,664 40 60 150 (70кЭ) HoAl3(BO3)4 1,684 0 100 3600 (70кЭ) Таблица 2 Результаты эксперимента при выращивании монокристалла SmFe3-xAlI(BO3)4 № эксперимента Содержание х по закладке Рентгеновские измерения F, % х из рентгеновских измерений Параметры решетки (А) a c 1 0 0 9,577 7,595 100 2 0,05 0,27 9,570 7,593 56 2 0,1 0,33 9,563 7,581 0 4 0,15 0,42 9,557 7,580 0 Чтобы непосредственно показать влияние степени замещения в системе малых катионов на двойникова-ние, был проведен эксперимент (табл. 2). Рис. 3. Содержание в процентах правых изомеров в монокристаллах HoFe3.xAlx(BO3)4 и GdFe3.xGax(BO3)4 Из приготовленного раствора-расплава выращивались монокристаллы SmFe3(BO3)4. Затем в этот раствор-расплав добавлялась только окись алюминия в соответствии с х = 0,05, и в аналогичном температурном и динамическом режиме выращивались кристаллы SmFe2,95Al0,05(BO3)4. Далее раствор-расплав опять пополнялся окисью алюминия, и последовательно выращивались кристаллы с х = 0,1; х = 0,15. При этом сводилось к минимуму возможное попадание примесей в раствор-расплав при изменении состава кристал лов. В результате наблюдалась (без отклонений) тенденция к увеличению числа левых изомеров при уменьшении среднего радиуса ионов в подрешетке малых катионов. Другими причинами, кроме химического состава, влияющими на появление изомеров с левым и правым вращением, могут являться условия выращивания кристаллов, в частности, наличие примесей, дефекты кристаллической структуры. Такие исследования в настоящее время продолжаются. В заключении можно отметить следующее соотношение левых и правых изомеров в монокристаллах тригональных редкоземельных оксиборатов зависит от химического состава кристалла, соотношения радиусов (для замещенных кристаллов - средние радиусы) редкоземельного и малого катионов. Введением замещающих элементов можно добиться однонаправленности геликоидальных цепочек кристалла.
×

References

  1. Giant magnetoelectric effect in HoAl3(BO3)4 / R. P. Chaudhury [at. al] // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. P.104424-104428.
  2. Магнитоэлектрические и магнитоупругие свойства редкоземельных ферроборатов / М. Кадомцева [и др.] // ФНТ. 2010. Т. 36. № 6. С.640-653.
  3. Magnetoelectricity in the system RAl3(BO3)4 (R = Tb, Ho, Er, Tm) / К.-C. Liang, R. P. Chaudhury, B. Lorenz et. al. // Abstract of Low Temperature Conf. Benijne, 2011. P. C0234.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 Gudim I.A., Molokeev M.S., Temerov V.L., Bezmaternykh L.N., Eremin A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies