RACEMISM OF TRIGONAL SINGLE RARE-EARTH OKSIBORATES


Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

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.

Толық мәтін

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.
×

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Gudim I.A., Molokeev M.S., Temerov V.L., Bezmaternykh L.N., Eremin A.V., 2012

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қолжетімді Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Осы сайт cookie-файлдарды пайдаланады

Біздің сайтты пайдалануды жалғастыра отырып, сіз сайттың дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ететін cookie файлдарын өңдеуге келісім бересіз.< / br>< / br>cookie файлдары туралы< / a>