Study of Magnetic and Electrical Hyperfine Interactions in Yttrium Iron Garnet Films by Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-1-62-68
Abstract
In this paper, we used the method of conversion electron Mössbauer spectroscopy to study the magnetic and electric hyperfine interactions in the surface layers of epitaxial films of yttrium iron garnet (111) grown by liquid phase epitaxy. We observed a violation of the stoichiometry in the surface layers of the anion sublattice (≈ 8 ⋅ 10−8 m) of the yttrium iron garnet epitaxial film and, as a consequence, the formation of two types of d−positions, due to the large concentration of point defects in the anion sublattice in the surface area and increasing degree of covalence of the chemical communication in the film/air transition layer. We also revealed the existence of fixed doublet components which correspond to the iron ions in the paramagnetic state with an intermediate valence of +2 ... +3. Application of the Hamiltonian mixed quadrupole diagonalization method and magnetic interactions to interpret the spectrum opened up the possibility of constructing a vector diagram of the spatial orientation of the effective magnetic fields at the Fe57 nuclei, resulting in restoration of the resultant magnetic moment vector formation mechanism for the yttrium iron garnet epitaxial film. We recorded a slight noncollinearity of magnetic moments at the a− and d−positions of iron which is equal to ≈ 4°. The results complement the experimental data on the formation of coherent electric and magnetic hyperfine interactions in epitaxial ferrite−garnet films and must be taken into account in the practical use of the magnetic properties of these materials.
About the Author
V. V. Moklyak
G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, NAS of Ukraine, 36 Academician Vernadsky Boulevard, UA−03680 Kyiv−142, Ukraine
Russian Federation
Russian Federation
Senior Researcher, Laboratory of Physics of magnetic films (23)
References
1. Вонсовский, С. В. Магнетизм / С. В. Вонсовский. − М. : Наука, 1971. − 1032 с.
2. Гуденаф,Д.Магнетизмихимическаясвязь/Д.Гуденаф. − М. : Металлургия, 1963. − 325 с.
3. Ubizskii,S.B.Orientationstatesofmagnetisationinepitaxial (111)−oriented iron garnet films / S. B. Ubizskii // J. Magn. and Magn. Mater. − 1999. − V. 195. − Р. 575—582.
4. Белозерский, Г. Н. Мессбауеровская спектроскопия как метод исследования поверхности / Г. Н. Белозерский. − М. : Энергоиздат, 1990. − 352 с.
5. Башкиров, Ш. Ш. Локальные магнитные поля на ядрах железа в иттриевом феррите−гранате, индуцированные внешним магнитным полем / Ш. Ш. Башкиров, Н. Г. Ивойлов, А. А. Монахов, В. А. Чистяков // ФТТ. − 1973. − Т. 15, No 4. − С. 1058—1061.
6. Серегин, П. П. Физические основы мессбауэровской спектроскопии / П. П. Серегин. − СПб. : Изд−во. СПбГПТУ, 2002. −169 с.
7. Остафийчук, Б. К. Мессбауэровские исследования монокристаллических пленок железоиттриевого граната во внешнем магнитном поле / Б. К. Остафийчук, В. М. Ткачук, О. М. Ткачук, В. Д.Федорив//Металлофизикаиновейшиетехнологии.−2000. − Т. 22, No 11 − С. 11—16.
8. Гольданский,В.И.Химическиеприменениямессбауэровской спектроскопии / В. И. Гольданский. − М. : Мир, 1970. − 502 с.
9. Камзин, А. С. Мессбауэровские исследования свойств поверхности и обьема пленок замещенных ферритов−гранатов в области точки Кюри / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 8. − С.1410—1414.
10. Mahdi,S.Mossbauerspectroscopystudyofsubstitutedittrium iron garnets / S. Mahdi, D. Abed−Fatah // Solid State Comm. − 1996. − V. 97. − P. 471—476.
11. Greneche, J. M. Spin reorientation in substituted iron garnets investigated by Mossbauer spectrometry / J. M. Greneche, H. Pascard // J. Magn. and Magn. Mater. − 1995. − V. 147 − P. 115— 121.
12. Остафийчук,Б.К.Кристаллическаяимагнитнаяструктура имплантированных слоев монокристаллических пленок железоиттриевого граната / Б. К. Остафийчук, В. А. Олейник, В. М.Пылыпив,Б.Т.Семен,Л.М.Смеркло,Б.И.Яворский,В. И. Кравец, И. В. Коваль. − Киев : Ин−т металлофизики, 1991. − 70 с. (препр. АН УССР).
13. Alff,C.HyperfinestructureofFe57inyttrium−irongarnet from the Mossbauer effect / C. Alff, G. K. Wertheim // Phys. Rev. B. − 1961. − V. 122, N 5. − P. 1414—1417.
14. Housley,R.M.Electrostaticforces,molecular−orbitaltheory and the electric field gradient in yttrium iron garnet / R. M. Housley, R. W. Grant // Phys. Rev. B. − 1972. − V. 29, N 4. − P. 203—206.
15. Kostishyn,V.G.Mössbauerconversivespectroscopyofradiationdefectsingamma−irradiatedmagneticgarnets/V. G. Kostishyn, L. M. Letyuk, M. N. Shipko, V. D. Fedoriv // J. Magn. and Magn. Mater. − 1996. − V. 160. − P. 361—362.
16. Башкиров,Ш.Ш.Конверсионныемессбауэровскиеисследования эпитаксиальных пленок смешанных ферритов−гранатов /Ш.Ш.Башкиров,Н.Г.Ивойлов,Е.С.Романов,А. П. Кирменский // ФТТ. − 1982. − Т. 24, No 9. − С. 2641—2647.
17. Камзин, А. С. Исследования распределения катионов в поверхностном слое и обьеме пленок замещенных ферритов− гранатов / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 7. − С. 1248—1252.
18. Костишин, В. Г. Влияние температуры роста на структуру и некоторые свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 / В. Г.Костишин,В.В.Медведь,Л.М.Летюк//Неорган.материалы. −1999.−Т.35,No2.−С.222—226.
19. Костишин, В. Г. Мессбауэровская спектроскопия и некоторые оптические свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 с различным содержанием ионов Pb / В. Г. Костишин, В. В. Медведь, Л. М. Летюк, М. Н. Шипко // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2000. − No 1. − С. 42—47.
20. Kostishyn, V. G. Magnetic microstructure and properties of Y3Fe5O12 epitaxial films witn the various contents of Pb ions / V. G. Kostishyn, V. V. Medved, L. M. Letyuk // J. Magn. and Magn. Mater. − 2000. − V. 215–216. − P. 519—521.
Review
For citations:
Moklyak V.V. Study of Magnetic and Electrical Hyperfine Interactions in Yttrium Iron Garnet Films by Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(1):62-68. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-1-62-68
Views:
1095
Email this article 