Low-field excitations in magnetite

Abstract

We have performed detailed measurements of magnetic and dielectric properties of high quality magnetite (Fe3O4) single crystals in weak magnetic and electric fields. These measurements can reveal details of phase transitions and other features that are not yet fully understood. We focused not only at the Verwey transition - a well known phase transition taking place at about 120 K in stoichiometric samples - but we also explored and described new relaxation effects in magnetite at low temperatures. The low-temperature properties were also found to be exceptionally sensitive to sample quality, stoichiometry and homogeneity. The results presented in this thesis were acquired on sensitive non-commercial SQUID magnetometer complemented by four-probe dielectric spectroscopy and dc conductivity measurements.

V této práci jsou prezentovány výsledky měření detailních magnetických a dielektrických vlastností vysoce kvalitních monokrystalických vzorků magnetitu (Fe3O4) ve slabém magnetickém a elektrickém poli. Tato měření mohou odhalit detaily fázových přechodů a jiných jevů, které ještě nejsou uspokojivě popsány. Soustředili jsme se nejen na tzv. Verweyův přechod - známý fázový přechod nastávající při teplotě kolem 120 K ve stechiometrických vzorcích - ale také jsme prozkoumali a popsali nové relaxační jevy v magnetitu za nízkých teplot. Také jsme zjistili výjimečnou citlivost nízkoteplotních vlastností na kvalitě, stechiometrii a homogenitě vzorku. Výsledky prezentované v této práci byly naměřeny na citlivém nekomerčním skvidovém magnetometru a doplněny čtyřbodovou dielektrickou spektroskopií a měřením stejnosměrné vodivosti.