Редкоземельные ферробораты RFe₃(BO₃)₄ (Обзор)

Abstract

Дан краткий обзор физических свойств семейства редкоземельных ферроборатов RFe₃(BO₃)₄. При высоких температурах некоторые из этих соединений демонстрируют структурный фазовый переход I рода из высокосимметричной R32 в низкосимметричную P3₁2₁ модификацию. Температура этого перехода систематически уменьшается с увеличением радиуса редкоземельного иона. Во всех соединениях этого семейства при низких температурах происходит антиферромагнитное упорядочение железной подсистемы. Редкоземельная подсистема, оставаясь парамагнитной вплоть до самых низких температур, подмагничивается магнитным полем упорядоченной железной подсистемы. Температура антиферромагнитного перехода TN = = 20–40 К слабо зависит от вида редкоземельного иона, но при этом ионы R³⁺ определяют ориентацию магнитных моментов ионов Fe³⁺ в упорядоченном состоянии. Так, в соединениях с Y, Nd, Er и Tm магнитные моменты железа ориентированы в ab-плоскости, а в соединениях с Tb и Dy они параллельны оси c. В GdFe₃(BO₃)₄ при ТSR ~ 9 К наблюдается спин-переориентационный фазовый переход I рода. Обнаружено, что GdFe₃(BO₃)₄ и NdFe₃(BO₃)₄ являются мультиферроиками, что проявляется в зависящих от ориентации и величины внешнего магнитного поля магнитоэлектрических и магнитоупругих эффектах.

Дано короткий огляд фізичних властивостей сімейства рідкосноземельних фероборатів RFe₃(BO₃)₄. При високих температурах деякі з цих сполук демонструють структурний фазовий перехід I роду з високосиметричної R32 у низькосиметричну P3₁2₁ модифікацію. Температура цього переходу систематично зменшується зі збільшенням радіуса рідкісноземельного іона. В усіх сполуках цього сімейства при низьких температурах відбувається антиферомагнітне впорядкування залізної підсистеми. Рідкісноземельна підсистема, залишаючись парамагнітною аж до найнижчих температур, підмагнічується магнітним полем упорядкованої залізної підсистеми. Температура антиферомагнітного переходу TN = 20–40 К слабко залежить від виду рідкісноземельного іона, але при цьому іони R³⁺ визначають орієнтацію магнітних моментів іонів Fe³⁺ в упорядкованому стані. Так, у сполуках з Y, Nd, Er і Tm магнітні моменти заліза орієнтовані у ab-площині, а у сполуках з Tb і Dy вони паралельні осі c. В GdFe₃(BO₃)₄ при ТSR ~ 9 К спостерігається спін-переорієнтований фазовий перехід I роду. Виявлено, що GdFe₃(BO₃)₄ і NdFe₃(BO₃)₄ є мультифероіками, що проявляється в залежних від орієнтації і величини зовнішнього магнітного поля магнітоелектричних і магнітопружних ефектах.

The review of physical properties of the compounds belonging to a family of rare-earth ferroborates RFe₃(BO₃)₄ is given. At high temperatures, some of these compounds show the first order structural phase transition from the high symmetry modification R32 to the low symmetry one P3₁2₁. The temperature of this transition decreases with increasing the rare-earth ions size. The iron subsystem in every member of this family of compounds experiences antiferromagnetic ordering at low temperatures, while the rare-earth subsystem remains paramagnetic down to the lowest temperatures, it being polarized by the magnetic field of the ordered iron subsystem. The Neel temperature TN = 20–40 K depends weakly on the kind of rare-earth ion, but these ions determine the orientation of magnetic moments of the iron ions with respect to crystallographic axes. In Y, Nd, Er and Tm-based compounds the Fe magnetic moments are oriented in the ab-plane, while in Tb and Dy-based compounds they are parallel to the c-axis. In the GdFe₃(BO₃)₄ compound the first order spin-reorientation transition takes place at ТSR ~ 9 К. It is found that the GdFe₃(BO₃)₄ and NdFe₃(BO₃)₄ compounds exhibit multiferroic properties manifested in the magnetoelastic and magnetoelectric effects dependent on both orientation and external magnetic field.