Forming a ferrimagnetic-like structure in the PbMn1−xFexBO4 (x ≈ 0.1) single crystal upon partial substitution

Abstract

The PbMn 1-x Fe x BO 4 (x0.1) o rthoborate single crystals have been grown for the first time by spontaneous crystallization and their magnetic and resonance properties and specific heat have been examined. It has been established that partial substitution of iron ions for manganese ones leads to an increase in the Curie temperature to 34.2 K fro m its value of 30.3 K in the unsubstituted crystal, enhances the magnetic anisotropy, and reduces the saturation magnetization. The magnetizat ion drop is explained in the framework of the model of a ferrimagnetic-like structure, in which the magnetic mo ments of iron and manganese ions form ferro magnetic sublattices coupled by the antiferro magnetic exchange.It has been found that under magnetization along the rhombic b axis the magnetic mo ments switch stepwise to the magnetic field direction in a certain critical field. The spin-reorientation transition is the first-order one. This feature of the crystal magnetization does not allow the experimental ferro magnetic resonance frequency-field dependence to be described using the calculation for a simple rho mbic ferro magnet. It has been established that the increase in the magnetic anisotropy of the crystal upon substitution leads to an increase in the energy gap in the fe rromagnetic resonance spectrum to 121.5 GHz at Т=4.2 K.

Основное Состояние Двухподрешеточного Анизотропного Ферромагнетика В Магнитном Поле

“…Активное изучение его свойств в последнее время [10][11][12][13][14] обусловлено не только редким характером ферромагнитного упорядочения в диэлектриках вообще, но и большим магнитокалорическим эффектом в этом кристалле [15]. Кроме того, существование изоструктурных кристаллов с различными магнитными и немагнитными ионами и различными типами магнитного упорядочения предоставляет уникальную возможность изменения магнитных и мультиферроидных свойств при замещении как магнитных ионов Mn 3+ , так и немагнитных Pb 2+ [15][16][17][18]. В работе [19] было показано, что завершение переориентации намагниченности в двухподрешеточном ферромагнетике фазовым переходом первого рода обусловлено неколлинеарностью легких осей одноионной анизотропии (ОА) подрешеток.…”