Магнитные свойства монокристалла GdCr₃(BO₃)₄

Abstract

Проведено исследование температурной зависимости магнитной восприимчивости χ(Т) монокристалла GdCr₃(BO₃)₄ в температурном диапазоне 2–300 К для двух ориентаций внешнего магнитного поля: Н || c и Н ⊥ c. Установлено, что гадолиниевый хромовый борат упорядочивается антиферромагнитно при ТN = 7 К. Обнаружено, что при Т > 10 К магнитные свойства кристалла изотропны, что характерно для чисто спиновых состояний ионов Cr³⁺ и Gd³⁺. Показано, что магнитная восприимчивость χ(Т) соединения GdCr₃(BO₃)₄ при Т > ТN хорошо описывается одномерной спиновой моделью для системы ферромагнитных цепочек ионов Cr³⁺ с обменом 2J/k = –13,6 К и с антиферромагнитным взаимодействием 2J′/k = +0,72 К между цепочками. При этом гадолиниевая подсистема подмагничена антиферромагнитно благодаря обменному f–d-взаимодействию, что дает θGd = –2,8 К. Сделано предположение, что соединение GdCr₃(BO₃)₄ в магнито-упорядоченном состоянии является антиферромагнетиком с анизотропией типа «легкая плоскость».

Проведено дослідження температурної залежності магнітної сприйнятливості χ(Т) монокристала GdCr₃(BO₃)₄ в температурному діапазоні 2–300 К для двох орієнтацій зовнішнього магнітного поля: Н║c и Н⊥c. Встановлено, що гадолінієвий хромовий борат впорядковується антиферомагнітно при ТN = 7 К. Виявлено, що при Т > 10 К магнітні властивості кристала ізотропні, що характерно для cуто спінових станів іонів Cr³⁺ и Gd³⁺. Показано, що магнітна сприйнятливість χ(Т) сполуки GdCr₃(BO₃)₄ при Т > ТN добре описується одновимірною спіновою моделлю для системи феромагнітних ланцюжків іонів Cr³⁺ з обміном 2J/k = –13,6 К та з антиферомагнітною взаємодією 2J'/k = +0,72 К між ланцюжками. При цьому гадолінієва підсистема підмагнічена антиферомагнітно завдяки обмінній f–d-взаємодії, що дає θGd = –2,8 К. Зроблено припущення, що сполука GdCr₃(BO₃)₄ у магнітовпорядкованному стані є антиферомагнетиком з анізотропією типу «легка площина».

The temperature dependence of single crystal magnetic susceptibility χ(Т) of GdCr₃(BO₃)₄ in the temperature range 2–300 K for two orientations of external magnetic field Н || c and Н ⊥ c has been investigated. It is established that the gadolinium chromium borate is ordered antiferromagnetically at ТN = 7 K. It is found that at Т > 10 K the magnetic properties are isotropic, that is characteristic of pure spin states of the Cr³⁺ and Gd³⁺ ions. It is shown that at Т > ТN the magnetic susceptibility χ(Т) of GdCr₃(BO₃)₄ is well described by using an one-dimensional spin model for a system of the coupled chains of the Cr³⁺ ions with ferromagnetic intrachain exchange 2J/k = –13,6 K and antiferromagnetic interchain interaction of 2J′/k = +0,72 K. In addition, the paramagnetic gadolinium subsystem has the antiferromagnetic spin-spin correlations thanks to the exchange f–d interaction, which gives θGd = –2,8 K. It is suggested that in the magnetically ordered state the GdCr₃(BO₃)₄ compound is an antiferromagnet with an easy-plane anisotropy.