Теоретическое исследование магнитной структуры манганитов с негейзенберговским обменом и орбитальным упорядочением

• Автор: Пискунова, Наталья Ивановна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Глава 1. Экспериментальные и теоретические данные по манганитам
1.1. Предпосылки для исследования манганитов
1.2. Кристаллическая и магнитная структура манганитов
1.3. Магнитные фазовые диаграммы манганитов
1.4. Неоднородные состояния в манганитах
1.5.Основные модели, объясняющие сложные физические
свойства манганитов
1.6. Методы Монте-Карло
Глава 2. Моделирование магнитных свойств манганитов с учетом
негейзенберговского обменного взаимодействия
2.1. Влияние четырехспинового обменного взаимодействия
на магнитные свойства манганитов
2.2. Аномалии в магнитосопротивлении ферромагнетика
с четырехспиновым обменным взаимодействием
Глава 3. Формирование магнитного порядка в манганитах типа
Са^хЯхМпО^ (Я = Ьа, Рг, Ш, Бт и др.)
Глава 4. Моделирование магнитных свойств магнетиков
с упорядоченным расположением орбиталей
Заключение
Библиографический список

Актуальность темы. Современные электронные устройства используют полупроводники, которые очень чувствительны к влиянию внешнего воздействия. Создание электронных устройств, стойких к этим воздействиям, является актуальной задачей. Анализ экспериментальных данных и принципов работы переключателей тока, основанных на спиновых степенях свободы приводит к принципиально новым технологиям в электронике. Так управление транспортными характеристиками, такими как сопротивление, термоэдс через спин электрона является основой интенсивно развивающегося направления электроники - спинтроники.
К перспективным материалам спинтроники относятся манганиты, в которых наблюдается сильная корреляция проводимости с магнитным порядком и колоссальный эффект магнитосопротивления. Так в системе La-Ca-Мп-О магнитосопротивление при низких температурах может достигать внушительных значений ~ -108 %. Нестехиометричное замещение в этих соединениях резко меняет физические свойства и система проходит через цепочку фазовых переходов с разнообразными типами упорядочения: магнитного, структурного, электронного. Появление металлического состояния и эффекта колоссального магнитосопротивления в окрестности точки Кюри вызывает огромный поток теоретических и экспериментальных исследований.
Открытие эффекта КМС повлекло за собой применение его в устройствах нового поколения для считывания и хранения информации, а также сенсорах магнитного поля. Технология производства современных головок для считывания магнитной записи в компьютерных жестких дисках уже сейчас активно использует магнеторезистивные материалы на основе многослойных металлических сплавов. Кроме того, существуют и другие перспективы применения в различных областях: от создания магнитной оперативной памяти (IBM, Motorola) и производства устройств, снижающих шумы в

коммуникационных сетях, до измерения линейных углов между предметами по средствам магнитного поля и специальных сенсоров (Philips).
Анализ теоретических подходов к проблеме манганитов выявил ряд нерешенных проблем, таких как переход металл-диэлектрик, явления зарядового упорядочения, эффекты фазового расслоения. Есть много предложенных моделей для объяснения температурной зависимости сопротивления, базирующихся на основе андерсоновской локализации, обусловленной недиагональным спиновым беспорядком в системе [1], перколяционный механизм, связанный с перекрытием волновых функций (^-СОСТОЯНИЙ примесных центров, либо конденсация поляронов при некоторой критической температуры. Но количественные характеристики, вычисленные в рамках этих методов, не согласуются с экспериментом. Сильная связь электронов с фононами и с локализованными спинами вызовет нелинейные эффекты, которые можно представить в виде многочастичного взаимодействия.
Зарядовое упорядочение формирует орбитальный порядок в виде чередования длинных и коротких осей октаэдра, что модифицирует величины обменных взаимодействий между ближайшими ионами марганца и вызывает изменение магнитной структуры. Замещение ионов лантана редкоземельными ионами индуцирует необычную полосковую структуру (stripes). Подобные структуры ранее были обнаружены в высотемпературных сверхпроводниках. Под воздействием магнитного поля или давления полосковые структуры исчезают. Механизм их образования и их связь с физическими свойствами до конца еще неясна.
Образование страйпов иногда наблюдают в квазидвумерных системах, например, в KCuCls, TlCuCly Спектр элементарных возбуждений в таких системах является активационным и энергетическая щель обусловлена образованием когерентных пар спинов, находящихся в синглетном состоянии. Приложение магнитного поля в таких системах вызывает подавление щели. Возможно существование спиновой жидкости с отсутствием щели в спектре
Сейчас можно применять стандартную схему Метраполиса [100] с
многочастичным переворотом спина. Для антиферромагнитной гейзенберговской модели, недиагональные матричные элементы в больцмановском факторе становятся отрицательными. Это вносит
дополнительные трудности в процедуру счета МК, особенно при наличии
фрустрированных связей. Так как вероятность должна быть положительной, то в вычислении используют абсолютную величину больцмановского фактора и определяемую величину делят на две части: Л+(А_) - сумма физической величины А в пространстве положительных (или отрицательных) больцмановских факторов и 7+(7) - число конфигураций в каждом
пространстве. Среднее <А> в МК вычислениях равно
При уменьшении температуры величины А+ и почти сравниваются, и средние в обеих частях также имеют одинаковую величину. Поэтому определение (26) не является справедливым и среднее <А> можно независимым образом определить в пространстве положительных (или отрицательных) больцмановских факторов:
где &=а+-а_, 82=7+-7_. Поправки 7±8а187 являются большими, поэтому среднее значение величины <А>, вычисленное при высоких температурах по формулам (26) и (27) сильно отличаются. Использование такой процедуры в МК вычислениях для АФМ с треугольной решеткой приводит к большой дисперсии вычислений и разным оценкам температуры фазового перехода.
Метод МК, имеющий в основе формулу Троттера, также используется в комбинации с другими методами: методом ренормализационной группы [102],
<А>=( А+-А.)/( 7+-7_).
(26)
(27)
Выражение (26) с учетом (27) запишется
(А) = а++2_да!31 = а_+7+ &/, Ж,
(28)