Ферромагнетизм и две магнитные фазы в рутиле (TiO$_2$), имплантированном ионами кобальта

Монокристаллические (100)- и (001)-пластинки рутила были имплантированы ионами Со$^+$ с энергией 40 кэВ в широком диапазоне доз 0.1–1.5$\cdot$10$^{17}$ ион/см$^2$ с целью исследования процесса формирования ферромагнитного отклика в диамагнитной матрице TiO$_2$. С ростом дозы имплантации пластинки рутила проявляют сначала парамагнитные, затем суперпарамагнитные и, наконец, анизотропные ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Анализ температурной зависимости намагниченности насыщения показывает, что в имплантированном кобальтом рутиле имеет место формирование двух магнитных фаз с температурами магнитного упорядочения $T_{C1}\sim 850$ К и $T_{C2}\sim 700$ К соответственно. Отжиг образцов в атмосфере воздуха сильно подавляет ферромагнитные фазы, если температура отжига превышает соответствующую температуру перехода. Обсуждается природа формирования двух ферромагнитных фаз в модели двух слоев с различной концентрацией и валентным состоянием примеси кобальта.