Необратимость и анизотропия низкотемпературной намагниченности манганитов. Спин-стекольный полиаморфизм

Abstract

Рассмотрены температурные зависимости намагниченности манганитов c различным составом и структурной морфологией, полученные в двух режимах охлаждения: в магнитном поле (FC) и вне его (ZFC), и при двух ориентациях магнитного поля: вдоль и перпендикулярно оси с. Выявлены общие закономерности: 1) разница между намагниченностями MFC и MZFC при температуре Т = 5 К увеличивается с ростом напряженности магнитного поля, достигая максимального значения вблизи поля 2 кЭ, затем спадает в интервале 2–5 кЭ; 2) полевая зависимость температуры «расщепления» T*, ниже которой возникает различие намагниченностей MFC и MZFC, в интервале напряженностей поля 0–5 кЭ удовлетворительно описывается степенной функцией с показателем 2/3, что предсказывается теорией для спинового стекла. Оба результата характерны как для монокристаллов, так и для керамик и пленок. В то же время полевые зависимости анизотропии магнитной восприимчивости отличаются для образцов с различной степенью магнитного упорядочения (Θ/TC). Результаты согласуются с обнаруженной в настоящей работе универсальностью линии, отделяющей низкотемпературную область необратимости на Н–Т фазовой диаграмме манганитов. Отклонение от Т*–Н-линии с показателем 2/3 в сильных магнитных полях, которое обычно связывают с появлением поперечной к магнитному полю компоненты намагниченности, характерно для образцов, содержащих антиферромагнитную фазу. Интерпретация учитывает многофазность системы: сосуществование спинового стекла с ферро- и антиферромагнетизмом. Обнаруженное изменение анизотропии магнитной восприимчивости с ростом напряженности магнитного поля, особенности поведения магнитной и термомагнитной необратимости рассматриваются как проявление спин-ориентационного фазового перехода в антиферромагнитной среде. Это в свою очередь инициирует трансформацию спинового стекла — от изинговского к гейзенберговскому, что и приводит к изменению показателя степени на Т*–Н-диаграмме от 2/3 к 2. Обнаруженное явление универсально — наблюдается у манганитов различного состава и структурной морфологии — и представляет собой разновидность полиаморфизма: спин-стекольный полиаморфизм.

Розглянуто температурні залежності намагніченості манганітів з різним складом та структурною морфологією, які одержано при двох режимах охолодження: в магнітному полі (FC) та поза нього (ZFC), і при двох орієнтаціях магнітного поля: вздовж та перпендикулярно осі с. Виявлено загальні закономірності: 1) різниця між намагніченостями MFC та MZFC при температурі Т = 5 К збільшується із зростанням напруженості магнітного поля, досягаючи максимального значення близько поля 2 кЕ, потім спадає в інтервалі 2–5 кЕ; 2) польова залежність температури «розщеплення» T*, нижче якої виникає відмінність намагніченостей MFC та MZFC, в інтервалі напруженостей поля 0–5 кЕ задовільно описується степеневою функцією з показником 2/3, що передбачається теорією для спінового скла. Обидва результати характерні як для монокристалів, так і для керамік і плівок. Водночас польові залежності анізотропії магнітної сприйнятливості відрізняються для зразків з різною мірою магнітного впорядкування (Θ/TC). Результати узгоджуються з виявленою у роботі універсальністю лінії, що відокремлює низькотемпературну об- ласть необоротності на Н–Т фазовій діаграмі манганітів. Відхилення від Т*–Н-лінії з показником 2/3 в сильних магнітних полях, яке звичайно пов’язують з появою поперечної до магнітного поля компоненти намагніченості, характерно для зразків, що містять антиферомагнітну фазу. Інтерпретація враховує бага тофазність системи: співіснування спінового скла з феро- та антиферомагнетизмом. Виявлено зміну анізотропії магнітної сприйнятливості із зростанням напруженості магнітного поля, особливості поведінки магнітної та термомагнітної незворотності розглядаються як проявлення спін-орієнтаційного фазового переходу в антиферомагнітному середовищі. Це в свою чергу ініціює трансформацію спінового скла — від ізінгівського до гейзенбергівського, що і призводить до зміни показника степеня на Т*–Н-діаграмі від 2/3 до 2. Виявлене явище є універсальним — спостерігається у манганітів різного складу та структурної морфології — і являє собою різновид поліаморфізму: спін-скляний поліаморфізм.

The temperature variation of magnetization is considered for manganites with different composition and structural morphology measured in two cooling regimes — in a magnetic field (FC) and without it (ZFC) at two orientations of a magnetic field — along c axis and normal to it. There are found general laws: 1) the difference between MFC and MZFC — magnetizations at temperature Т = 5 K grows with the magnetic field increase, approaching the maximum value in a magnetic field about 2 kOe, with is followed by decrease in a range 2–5 kOe; 2) within a magnetic-field range 0–5 kOe, The field dependence of the “splitting” temperature T*, below which the difference of MFC and MZFC magnetizations occurs, is satisfactorily described by power law with exponent 2/3, which is predicted by the theory of spin glass. Both results are typical as of single crystals, and of ceramics and films as well. At the same time, the field dependences of anisotropy of magnetic susceptibility differ for the samples with different level of magnetic ordering (Θ/TC). The results agree with the found in this work universality of the line, which marks the low temperature range of irreversibility at the Н–Т phase diagram of manganites. Deviation of the Т*–Н line with exponent 2/3 in a high magnetic field, which is usually explained by the appearance of a transverse to magnetic field magnetization-component, which is typical of the samples with antiferromagnetic-phase content. Consideration takes into account the multiphase state of the system, namely the co-existence of spin glass with ferro- and antiferromagnetism. The found change of anisotropy of magnetic susceptibility with a magneticfield increase, peculiarities of the behavior of magnetic and thermo-magnetic irreversibility are considered as a manifestation of spin-reorientation phase transition in antiferromagnetic medium. Eventually, it induces a spin-glass transformation from Ising-type to Geisenberg one, which results in the change of exponent at Т*–Н diagram from 2/3 to 2. The discovered phenomenon is universal, as it is observed for manganites of various composition and structure morphology, and represents the polyamorphism of some kind — the spin-glass polyamorphism