MAGNETIC PHASE DIAGRAM OF BARIUM HEXAFERRITE SINGLE CRYSTAL OF BARIUM HEXAFERRITE TYPE-M-BaFe8Co2Ti2O19 (BASED ON NEUTRONOGRAPHIC ANALYSIS)
MAGNETIC PHASE DIAGRAM OF BARIUM HEXAFERRITE SINGLE CRYSTAL OF BARIUM HEXAFERRITE TYPE-M-BaFe8Co2Ti2O19 (BASED ON NEUTRONOGRAPHIC ANALYSIS)
Abstract
Neutronographic studies of the simple spiral magnetic structure (SS) of BaFe8Co2Ti2O19 with hexagonal crystal structure of type-M in a wide temperature range and in horizontal magnetic fields perpendicular to the basic plane of the sample (parallel to the C axis) have been carried out. A helix-collinear antiferrmagnetic transition was obtained in a magnetic field of 1.8T and a temperature of 120K. The magnetic phase diagram (H,T) is constructed. The technique of blow-off with an electromagnet and a two-coordinate detector is used, which can be, in a number of neutronographic experiments, simpler and more economical than the use of cryomagnets, for example, for the study of neutron multilayer mirrors and small-angle neutron scattering. It is also very possible to use cryostats with a small diameter shank (10–15 mm) together with an electromagnet in case of the need for studies at lower temperatures and small-angle neutron scattering.
1. Введение
Гексаферриты типа М продолжают вызывать научный и практический интерес
, , . Имеется ряд работ в которых проведены нейтронографические измерения порошковых образцов замещенных гексаферритов , , и методом дифракции X-ray исследована кристаллическая структура ряда составов порошковых образцов методами мёссбауэровской спектроскопии, магнитометрии и рентгенографии , , .В статье
порошки получены методом гидротермального синтеза.Нужно отметить, что нами исследован именно монокристалл BaFe8Co2Ti2O19 в отличии порошковых образцов. Данные о магнетизме в монокристаллах более информативны. Ориентация магнитного момента зависит от направления внешнего магнитного поля по отношению к кристаллографическим осям, которые в монокристалле заранее известны. В порошках происходит неоднозначность, связанная с однородным распределением ориентации зерен порошка.
Ранее нами были проведены нейтронографические исследования магнитных состояний, включая магнитные спиральные структуры и коллинеарные антиферромагнитные, монокристаллов системы BaCoxTixFe12-xO19 составов (0<x<6) и построена диаграмма в координатах (Т, Х)-температура-состав . Данная система исследована с полным замещением ионов железа-Fe3+ на пару (Со2++Тi4+).
2. Основные результаты и обсуждение
В данной работе представлена магнитная фазовая диаграмма монокристалла BaFe8Co2Ti2O19 с гексагональной структурой типа М в горизонтальных магнитных полях перпендикулярных базисной плоскости образца (параллельно оси С) и широком интервале температур. Проведены нейтронографические исследования спиральной магнитной структуры монокристалла соединения BaFe8Co2Ti2O19 в магнитных полях до 1,8T (18кэ) с использованием электромагнита с горизонтальными полюсами
и температур 120К и выше.Монокристалл имел вид шестигранной призмы, высотой до 3мм с хорошо выраженными базисными гранями {0001}.
Базисная плоскость монокристалла была ориентирована параллельно плоскости полюсов электромагнита и соответственно ось С вдоль магнитного поля и под углом к падающему пучку нейтронов в опции Ɵ-2Ɵ. Соответственно вектор спирали направлен вдоль магнитного поля.
На рис. 1 показаны узлы обратной решетки и сателлитов магнитной спирали вдоль оси С гексагональной кристаллической структуры гексаферрита типа М.
Рисунок 1 - Обратная решетка – ребро (00l), где O-ядерные отражения гексагональной кристаллической структуры импа М
Рисунок 2 - Нейтронограммы монокристалла BaFe8Co2Ti2O19 в зависимости от температуры (T) и внешнего магнитного поля (H)
Рисунок 3 - Зависимость периода спирали в магнитных полях монокристалла состава х=2,0 и T=120K
Примечание: линия проведена на глаз
Рисунок 4 - Метод обдува монокристаллов газом азота
Примечание: 1 – азотная переливалка; 1п – тонкостенная нержавеющая трубка; 2 – азотный дьюар с жидким азотом; 3 – нагреватель азота-простое керамическое сопротивление; 4 – высокоточный стол нейтронного дифрактометра, вращающийся с электромагнитом и образцом в опции Ɵ-2Ɵ, синхронно с детектором; 5 – образец монокристалл и термопара; 6 – катушки электромагнита; 7 – стальное ярмо и полюса электромагнита
Нужно отметить, что методика обдува с применением электромагнита и двухкоординатного детектора может быть, в ряде нейтронографических экспериментов, более простой и экономичной по сравнению с применением криомагнитов, к примеру, для исследования нейтронных многослойных зеркал и малоуглового рассеяния нейтронов. Также весьма возможно и применение криостатов с хвостовиком малого диаметра (10-15мм) совместно с фэлектромагнитом в случае необходимости исследований при более низких температур и малоуглового рассеяния нейтронов. На малых углах рассеяния нейтронов от сплавов (преимущественно алюминиевые сплавы, но в ряде случаев возможно и применение нержавеющих немагнитных сплавов) из которых изготавливают хвостовик — узкую часть криостатов находящихся на пути падающего и рассеянных пучков нейтронов практически не имеют дифракционных пиков. Также для небольших внешних магнитных полей (до 1-1.5 Т) можно использовать постоянные магниты расстояние между которыми можно изменять дистанционно электродвигателем
, а также поворачивать электромагнит (постоянный магнит) в любых углах отклоняясь от горизонтальной плоскости. В случае применения сверхпроводящих магнитов углы невелики. Применение постоянных магнитов обеспечивает большую стабильность магнитного поля, так как нет зависимости от нестабильности электрического тока как в случае электромагнита.3. Заключение
В нашем случае получено, что для образца BaFe8Co2Ti2O19, в зависимости от величины внешнего магнитного поля, приложенного вдоль гексагональной оси С (перпендикулярно базисной плоскости образца), происходит переход от магнитной простой спиральной структуры — SS (в базисе) в коллинеарную антиферромагнитную структуру (CAF) также в базисе. Данная магнитная фазовая диаграмма в координатах (H,T) представлена на рис. 5.
Рисунок 5 - Магнитная фазовая диаграмма для образца BaFe8Co2Ti2O19
Примечание: P – парамагнетик, Fi – ферримагнетик, SS – простая спираль и CAF – коллинеарный антиферромагнетик