Závěrečná zpráva grantu 025/1997/B-FYZ/MFF

Název projektu:Studium anizotropie hyperjemného pole ve ferimagnetických oxidech s nemagnetickými defekty
Hlavní řešitel:RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
Spoluřešitelé: Doc. RNDr. Jiří Englich, DrSc.; RNDr. Miroslav Kučera, CSc.; dipl.fyz. Ernst Georg Caspary; Mgr. Jaroslav Kohout, Dr.; Ing. Alexy Shnezkho; Ing. Aleksey Snezhko
Období řešení:1997-1999
Celková dotace:240 tis. Kč

Souhrn výsledků

       Náplní projektu bylo studium hyperjemného pole v magnetických oxidech metodou jaderné magnetické rezonance (NMR). Spektra 57Fe byla měřena na širokopásmovém spektrometru NMR na řešitelském pracovišti, část ve spolupracující laboratoři v KFA Juelich. Experimenty byly prováděny na monokrystalech, monokrystalických vrstvách resp. polykrystalických vzorcích yttritoželezitého granátu (YIG), litného spinelu, magnetitu a hexaferitu. Kromě nominálně čistých vzorků byly studovány i vzorky YIG s diamagnetickými substitucemi. Byly získány původní výsledky o závislosti anizotropie hyperjemného pole na kyslíkovém a kationtovém lokálním okolí rezonujícího iontu Fe3+ a jeho modifikacích indukovaných poruchami a substitucemi. Tyto výsledky mají význam především jako unikátní experimentální data, vypovídající o interakcích podílejících se na tvorbě hyperjemného pole v magnetických oxidech. Výsledkem práce jsou i metodické postupy umožňující sledovat čistotu, směr magnetizace a orientaci monokrystalických vrstev magnetických oxidů. Konkrétně:
       1. Byl proveden rozbor struktury spektra 57Fe NMR vzhledem k lokální a krystalové symetrii a směru magnetizace. Byl aplikován na satelitní strukturu spekter nominálně čistého YIG, kde dochází ke vzniku tzv. „antisite“ defektů, kdy iont Y3+ obsazuje polohu iontu Fe3+. Z měřeních při různých orientacích externího magnetického pole byly určeny izotropní i anizotropní příspěvky hyperjemné interakce jak pro ionty Fe3+ v neporušeném okolí, tak pro šest různých typů konfigurací rezonujícího jádra a „antisite“ defektu.
       2. Byla analyzována satelitní struktura spekter 57Fe NMR v nulovém externím poli na vzorcích YIG se substitucemi do oktaedrických (a) poloh (In3+ a  Sc3+) a do tetraedrických (d) poloh (Ga3+ a Al3+). Výsledky ukázaly významnou závislost na iontových poloměrech substituentů.
       3. Byly připraveny koncentrační řady epitaxních vrstev YIG se substitucí Ga3+ a Ge4+ -Ca2+. Analýza poloh satelitních čar na směru externího magnetického pole poskytla hodnoty popisující izotropní složku a anizotropii hyperjemného pole pro konfigurace s rezonujícím  57Fe v a poloze a substitucí Ga (resp. Ge) v nejbližší d.
       4. Na epitaxních filmech YIG byly studovány satelitní struktury způsobené intrinsickými substitučními defekty. Díky dosažené citlivosti metody NMR je možno detegovat koncentraci nečistot již od ~ 0,02%.
       5. Výsledky umožnily diskutovat platnost modelu nezávislých vazeb (superpozičního modelu), který předpokládá, že hyperjemné pole na jádře železa v krystalu je superpozicí nezávislých příspěvků daných jednotlivými vazbami mezi centrálním iontem Fe a ionty v jeho okolí, a že jednotlivé příspěvky mají vzhledem ke směru magnetizace válcovou symetrii s osou ležící ve směru Fe-O v triádě Fe-O-kationt. Aditivita byla ověřena na YIG se substitucemi (viz 2), kdy byly identifikovány i satelitní čáry odpovídající dvěma současně přítomným substituentům v okolí rezonujícího jádra. Osovost příspěvků ve vazbě Fe-O-kationt byla ověřována v případech (i) Fe3+ v  a  poloze a Ga3+ nebo Ge4+ v nejbližší d  (ii) Fe3+ v d poloze a substituent Y3+ v nejbližší a, přitom ve druhém ze zmíněných případů byl nalezen významný nesouhlas se superpozičním modelem.
        6. Hyperjemné tenzory získané ze spekter 57Fe NMR pro polohy Fe v různých magnetických oxidech (barnatý hexaferit magnetoplumbitové struktury, litný spinel, magnetit a YIG) byly využity ke sledování relace mezi anizotropií hyperjemného pole a uspořádáním okolních iontů. Byla nalezena pozitivní korelace mezi anizotropií hyperjemného pole a rozložením kationtů v okolí, nikoliv však mezi anizotropií hyperjemného pole a rozložením kyslíkových ligandů.