В июне 2018 года при участии ведущего научного сотрудника ОИКС (Лаборатория Физики Кристаллов) И. В. Голосовского были проведены плановые эксперименты по неупругому рассеянию нейтронов на ферроборатах на спектрометре IN12 ILL во внешних магнитных полях. В измерениях также принимали участие А. А. Мухин (Институт Общей Физики, Москва), V. Skumryev (ICREA, Bellaterra, Spain) и M. Boehm (ILL, Grenoble).

Ферробораты привлекают значительное внимание благодаря очень сильному магнитоэлектрическому эффекту. В отличие от большинства изученных в настоящее время мультиферроиков электрическая поляризация в ферроборатах не связана с несоразмерным магнитным порядком, а индуцируется внутренним полем подрешетки железа. В этих соединениях преобладают взаимодействия внутри железной подрешетки, которые и определяют температуру Нееля. Тем не менее, связь между редкоземельной и железной подрешетками, а также одноионная анизотропия, играют важную роль в магнитных свойствах и влияют на электрическую поляризацию. Вопрос об анизотропии и обменных взаимодействиях является ключом к пониманию магнитоэлектрического эффекта в ферроборатах. Неупругое рассеяние нейтронов является прямым методом для получения этой информации.

Проведенные эксперименты являются продолжением экспериментов на спектрометрах IN22 и THALES, по результатам которых была установлена спин-волновая модель в соединении NdFe₃(BO₃)₄ с магнитной структурой типа "легкая плоскость", которая правильно воспроизводит спектр магнонов [1] даже в области больших переданных энергий.

Проведенные в ЛФК нейтронографические исследования на монокристаллах ферроборатов показали, что при замещении Nd на Tb, магнитная структура существенно меняется и становится промежуточной между структурами "легкая плоскость" и "легкая ось". Такая структура более чувствительна к приложению внешнего поля, чем крайние составы. Поэтому для исследований был выбран ферроборат Nd_0.8Tb_0.2Fe₃(BO₃)₄ и, в качестве репера, состав TbFe₃(BO₃)_{4 ­} со структурой типа "легкая ось".

Цель проведенных экспериментов – измерение спектра магнонов во всей зоне Бриллуэна во внешнем поле, что даст представление об обменных параметрах и, и что очень важно, о роли анизотропии в установлении магнитного порядка.

• I. V. Golosovsky et. al., JMMM, 451, 443, 2018.