Обнаружение спонтанной спиновой переориентации в ферроборатах Nd$_{1-x}$Dy$_x$Fe$_3$(BO$_3$)$_4$ с конкурирующим R-Fe обменом

Исследованы магнитные, магнитоэлектрические и магнитоупругие свойства монокристаллов $\mathrm DyFe_3(BO_3)_4$ и замещенного состава $\mathrm Nd_{0.75}Dy_{0.25}Fe_3(BO_3)_4$ с конкурирующими обменными Nd-Fe и Dy-Fe взаимодействиями в магнитных полях до 210 кЭ. Показано, что в $\mathrm Nd_{0.75}Dy_{0.25}Fe_3(B0_3)_4$ ниже температуры Нееля антиферромагнитное состояние является легкоплоскостным, а вблизи 25 К происходит спонтанный спин-переориентационный переход в одноосное состояние. Обнаружены аномалии различных физических характеристик при спин-флоп переходе, индуцируемом магнитным полем вдоль три- гональной оси и построены Н-Т фазовые диаграммы, которые хорошо согласуются с простой моделью, учитывающей анизотропию обменного расщепления и $g$-факторов основных дублетов ионов Dy$^{3+}$ и Nd$^{3+}$. Исследованы особенности магнитоэлектрического эффекта в различных магнитных фазах. В замещенном соединении в области существования легкоплоскостного антиферромагнитного состояния обнаружена спонтанная электрическая поляризация. Дано качественное теоретическое обоснование возможности появления спонтанного спин переориентационного перехода в замещенном составе $\mathrm Nd_{0.75}Dy_{0.25}Fe_3(B0_3)_4$.