Влияние света на модуляцию магнитного порядка кристалла FeBO3:Mg

Борат железа — один из небольшого числа известных в настоящее время магнитоупорядоченных кристаллов, у которых под действием света появляются новые, отсутствующие без дополнительной засветки свойства. Так в FeBO₃, допированном ионами Ni, при засветке неполяризованным белым светом возникает одноосная магнитная анизотропия, ось которой не совпадает с осями кристаллографической анизотропии [1], а также пространственно модулированная магнитная структура [2]. Из предложенной в [2] теории фотоиндуцированной ММС FeBO₃:Ni следует, что к ее возбуждению приводит магнитоакустическое взаимодействие между комплексами, образованными матричными ионами Fe и примесными ионами Ni, которое в отсутствии засветки незначительно, но усиливается при поглощении света кристаллом. Эта теория в принципе допускает возникновение ММС в допированном примесью FeBO₃ и без дополнительной засветки, однако световое воздействие должно влиять на параметры модуляции магнитного порядка кристалла. Обнаружение этого воздействия на параметры ММС FeBO₃:Mg позволило бы проанализировать причины возникновения устойчивого неоднородного магнитного состояния в этом кристалле на основе микроскопической теории, развитой в [2].

С целью обнаружения влияния дополнительной засветки на период и условия существования ММС FeBO₃:Mg были проведены соответствующие фотомагнитные эксперименты, результаты которых приведены ниже.

Все исследования проводились магнитооптическим методом в окне оптической прозрачности кристалла (в области длин волн λ ~ 0,5 мкм) в температурном интервале 80 ≤ Т ≤ 290 К в магнитном поле Н ≤ 50 Э при ориентации вектора Н параллельно плоскости (111) при небольших углах падении света на плоскость образца. Зондирующий кристалл световой луч «монохроматизировался» полосовым стеклянным фильтром ЗС-1 и имел интенсивность ~ 10 ^-5 Вт/ см².

Рис. 1. Изображения FeBO₃:Mg, наблюдаемые в поляризованном свете при Т = 80 К при разной напряженности магнитного поля: а — Н = 0; б, в — Н = 7 Э (Н || Х). (а), (б) — «незасвеченный» образец, (в) — образец сначала бал намагничен в поле Н = 5 Э до монодоменного состояния после чего подвергался засветке в течение 10 мин.. На вставке: сплошные стрелки — оси лабораторной системы координат, пунктирные стрелки — оси С₂

Процесс технического намагничивания в легкой плоскости FeBO₃:Mg изучался на основе петель гистерезиса эффекта Фарадея, которые наблюдались при перемагничивании образца в квазистатическом режиме развертки магнитного поля. В этих экспериментах образец устанавливался так, чтобы ось С₃ составляла с направлением светового луча угол ~ 10^о, а вектор Н — лежал в плоскости образца в плоскости падения.

В фотомагнитных экспериментах образец охлаждался до Т = 80 К и дополнительно облучался сфокусированным на его поверхность потоком неполяризованного белого света интенсивностью ~ 5 ×10 ^-2 Вт/ см² (источником света служила галогеновая лампа накаливания КГМ12 –100); после выдержки образца в течение некоторого времени под световым потоком дополнительная засветка выключалась и проводились визуальные наблюдения ДС и измерения эффекта Фарадея.

Как показали эксперименты, дополнительная засветка образца неполяризованным белым светом не приводила к наблюдаемому изменению ДС или вида системы полос, существующей на изображении образца при НС₂ || Y (ориентация осей лабораторной системы координат показана на рис. 3.15). Перемагничивание «засвеченного» образца вдоль оси Х так же не выявило какого — либо воздействия света на форму петли гистерезиса.

Литература:

1. Федоров Ю. М., Лексиков А. А., Аксенов А. Е. Фотоиндуцированная оптическая анизотропия в борате железа. // ЖЭТФ. — 1985. — Т.89. — В.6(12). — С.2099–2112.
2. Федоров Ю. М., Садреев А. Ф., Лексиков А. А. Модуляция магнитного порядка кристалла FeBO₃:Ni под действием света. // ЖЭТФ. — 1988. — Т.95. — В.5(11). — С.1876–1883.