Письма в ЖЭТФ, том 88, вып. 11, с.810-812 © 2008г. 10 декабря
Комментарий к статье Т. С. Альтшулер, Ю. В. Горю нова, А. В. Духненко, Н. Ю. Шицеваловой "Магнитное фазовое расслоение в гексабориде европия и его связь с кондо-взаимодействиями" (Письма в ЖЭТФ, т.88, в.З, с.258-262 (2008))
С. В. Демишевг\ А. В. Семено, В. В. Глушков, Н. Е. Случайно Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, 119991 Москва, Россия
Поступила в редакцию 13 октября 2008 г.
РА СБ: 75.47.—т. 75.50.—у, 75.60.-d
В комментируемой работе [1] сообщается о наблюдении расщепления линии электронного спинового резонанса (ЭСР) на частоте 9.25 ГГц при Т < < 40 К в монокристаллах гексаборида европия, ЕиВе-Анализируя это явление, авторы рассматривают три возможных объяснения: 1) включения другой Еи-содержащей кристаллической фазы в ЕиВе; 2) нерезонансные эффекты и 3) магнитное фазовое расслоение. После исключения первых двух возможностей делается вывод о том, что наблюдаемое поведение линии ЭСР является следствием магнитного фазового расслоения (см. [1], стр.260). Далее на последнем утверждении строится физическая интерпретация сложного спектра, причиной которого является "образование связанных состояний магнитных моментов Еи2+ с электронами проводимости и электронами валентной зоны (дырками)", причем "наблюдается разный тип связи между локализованными спинами европия и носителями зарядов: кондо-связь с дырками и антикондо-связь с электронами проводимости" (см. [1], стр.262). Здесь кондо и анти-кондо-эффекты понимаются в духе теоретической работы [2], а авторы комментируемой работы рассматривают свои результаты как экспериментальное доказательство справедливости модели [2] применительно к ЕиВ6 (см. [1], стр.261).
Прежде всего отметим, что основной экспериментальный результат работы [1], а именно, расщепление линии ЭСР при Т < 40—50 К, не является оригинальным и был опубликован ранее в нашей работе [3] в апреле 2008. В [3] было найдено, что в ЭСР на частоте 60 ГГц две линии в спектре возникают при Т ~ 80 К, причем температурная зависимость поля расщепления (то есть разность резонансных полей
^e-mail: demiseit.gpi.ru
для двух линий) повторяет температурную зависимость намагниченности. Кроме того, для обеих компонент низкотемпературного расщепленного спектра было зарегистрировано нарушение стандартного линейного закона дисперсии ш ~ Н [3].
Полученные в [3] данные с учетом расширения с частотой температурного интервала, в котором наблюдаются две линии [1,3], указывают на то, что сложная форма спектра ЭСР [1,3] может определяться эффектами неоднородности магнитного поля и отражать влияние формы образца. Ниже мы приведем экспериментальное доказательство того, что расщепление линии ЭСР у ЕиВе является следствием присутствия макроскопического градиента магнитного поля в образце.
Исследование ЭСР у монокристаллов ЕиВе было выполнено с помощью цилиндрического резонатора, включенного в геометрии отражения (мода ТЕон, частота 60 ГГц, добротность нагруженного резонатора ~104). Подробности об экспериментальной методике приведены в [4]. Высококачественные монокристаллы ЕиВе были синтезированы в Институте проблем материаловедения НАН Украины и были идентичны образцам, измерявшимся в [1].
Рассмотрим результаты эксперимента в стандартной геометрии ЭСР, когда образцы различной формы располагались внутри резонатора в области максимума переменного магнитного поля (кривые 1— 4 и схема 1-4 на рисунке). Когда форма образца близка к кубической, в спектрах ЭСР при низких температурах отчетливо наблюдаются две широкие линии А и В, расстояние между которыми увеличивается при понижении температуры (см. рисунок, кривые 1,2). Такая структура спектров ЭСР идентична опубликованной в [1,3]. При переходе к образцу в виде тонкой плоскопараллельной пластин-
Комментарий к статье Т. С. Альтшулер, Ю. В. Горюнова, А. В. Духненко, Н. Ю. Шицеваловой
811
Magnetic field (Т)
Влияние формы образца и неоднородности магнитного поля в образце на спектр ЭСР у монокристаллов ЕиВв на частоте 60 ГГц (пояснения в тексте). Схематически показаны форма образцов и геометрии опытов: стандартная (1-4) и исключающая неоднородность магнитного поля (5) (масштаб не соблюден). Внешнее магнитное поле параллельно кристаллографическому направлению [001]
ки наблюдается заметное подавление амплитуды линии В (рисунок, кривая 3). Дальнейшее уменьшение толщины пластинки (рисунок, кривая 4) еще больше уменьшает амплитуду этой спектральной особенности, превращая ее в "плечо" основного резонанса А. При этом во всех случаях ширина области резонансного магнитопоглощения при гелиевых температурах составляет ~1.5Тл (рисунок, кривые 2-4).
Поскольку намагниченность ЕиВв при низких температурах не мала, эффекты размагничивания существенны, например, для исследованных образцов в форме плоскопараллельной пластинки при Т = = 4.2 К поле размагничивания превышает 1Тл. Таким образом, магнитное поле внутри образцов различной формы не является однородным. Данные рисунка свидетельствуют о том, что когда доля объема образца с сильной неоднородностью поля уменьшается (переход от образца в форме куба к образцу в форме плоскопараллельной пластинки), вид спектра ЭСР становится более простым, и выраженная дублетная структура не возникает.
Рассмотрим теперь ЭСР у ЕиВв в случае, когда неоднородностью магнитного поля в образце можно пренебречь. В этом эксперименте дно резонатора выполнялось из тонкой фольги с небольшим отверстием, располагавшимся в области максимума переменного магнитного поля. Образец в форме плоскопараллельной пластинки, имеющий линейные размеры много большие диаметра отверстия, располагался вне
резонатора так, чтобы полностью закрыть отверстие (схема 5 на рисунке), и фиксировался токопроводя-щим клеем для обеспечения хорошего электрического контакта (при гелиевых температурах удельное сопротивление ЕиВв составляет ~25мкОм-см [5]). В такой геометрии опыта края образца, где постоянное магнитное поле неоднородно, экранированы от переменного магнитного поля и магнитный резонанс соответствует только той части образца, где магнитное поле можно считать однородным.
Кривая 5 на рисунке соответствует вышеописанной геометрии опыта и получена для той же плоскопараллельной пластинки, что использовалась при стандартных внутрирезонаторных измерениях (рисунок, кривая 4). Видно, что в случае однородного магнитного поля спектр ЭСР образован одной линией, ширина которой оказывается приблизительно в три раза меньше, чем в случае неоднородного поля (сравни кривые 4 и 5 на рисунке). Выполненные нами в диапазоне 1.8-200 К температурные измерения показали, что расщепление линии ЭСР в рассматриваемом случае полностью отсутствует.
Полученные данные позволяют сделать однозначный вывод о том, что расщепление линии ЭСР у ЕиВв связано исключительно с макроскопическим градиентом магнитного поля в образце. Действительно, микронеоднородности, обусловленные магнитным фазовым расслоением, спин-поляронными и ферронными эффектами, должны проявляться во всех случаях, в том числе и для экспериментальной геометрии, соответствующей кривой 5 на рисунке. Проведенное нами подробное исследование показало, что эти эффекты действительно оказывают влияние на спектры ЭСР [6], но, как мы видим, не приводят к расщеплению линии ЭСР при низких и промежуточных температурах. Отметим, что исследование новых мод магнитных колебаний, возникающих в условиях неоднородности магнитного поля в образце, представляет собой интересную самостоятельную задачу, которая, однако, напрямую не связана с особенностями основного состояния и магнитного упорядочения ЕиВв-
Таким образом, мы показали, что в действительности для ЕиВв реализуется четвертая, не учтенная авторами [1], возможность, приводящая к наблюдаемой сложной картине спектра ЭСР. К сожалению, приходится констатировать, что эксперимент, представленный в [1], содержит серьезную методическую ошибку. Вследствие этого все выводы и интерпретация, содержащиеся в [1], не имеют надлежащего экспериментального обоснования. В частности, в настоящее время отсутствуют предпосылки для использо-
812
С. В. Демишев, А. В. Семене, В. В. Глушков, Н. Е. Случайно
вания модели [2] для объяснения особенностей электронного спинового резонанса в гексабориде европия.
Исследование ЭСР было поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований # 07-02-00243 и # 05-08-33463. Авторы признательны Н.Ю. Шицеваловой за предоставление монокристаллов ЕиВе-
1. Т. С. Альтшулер, Ю. В. Горюнов, А. В. Духненко, Н. Ю. Шицевалова, Письма в ЖЭТФ 88, 258 (2008).
2. Л. Кипез аМ \У.Е. Р1ске1;, РЬуз. 11еу. В 69, 165111 (2004).
3. У.У. С1шЫшу, А. V. Бетепо, Ы.Е. БкюЬапко ^ а!., РЬувшаВ 403, 932 (2008).
4. С. В. Демишев, А. В. Семено, Н. ОМа и др., ФТТ 49, 1236 (2007).
5. В. В. Глушков, А. В. Богач, К. В. Гоньков и др., ЖЭТФ 132, 150 (2007).
6. А. V. Бетепо, V. V. вкшЫшу, А. V. Во§асЬ et а!., РЬув. 11еу. В 2008, ш ргезв.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.