Теоретическое исследование структуры магнетиков с фрустрированными взаимодействиями и с орбитальным упорядочением

• Автор: Москвин, Антон Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор

1.1 Магнитные состояния фрустрированного антиферромагнетика с

треугольной решеткой

1.2. Непериодические структуры в фрустрированных АФМ с ГПУ

решеткой

1.3 Орбитальное упорядочение электронов на вырожденных орбиталях

Глава 2. Методы Монте-Карло

Глава 3. Магнитные свойства структур со сложной топологией решетки

3.1 Эксперимент

3.2 Модель и термодинамические характеристики
3.3 Выводы
Глава 4. Моделирование магнитных свойств магнетиков с упорядоченным расположением орбиталей
4.1 Описание модели орбитального упорядочения и вычислительного метода
4.2 Магнитный момент и температура Нееля анизотропного антиферромагнетика с разной топологией обменных взаимодействий
4.3 Выводы
Глава 5. Влияние сильных^электронных корреляций и взаимодействие электронов с решеткой на орбитальное упорядочение электронов
5.1 Модель взаимодействия электронов с нелинейным смещением ионов в решетке
5.2 Область стабильного существования ферро- и антиферроорбитального упорядочения при учете энгармонизма колебаний ионов
5.3 Выводы
Заключение
Библиографический список

Введение
Актуальность темы
Использование новых принципов работы электронных устройств, основанных на спиновых степенях свободы приводит к принципиально новым технологиям в электронике, и к созданию нового направления — спинтроники. Так в спиновой электронике преобразование информации происходит через изменение намагниченности в электрическое
напряжение, а в мультиферроиках связь между магнитной и электрической подсистемами проявляется через магнитоэлектрический эффект.
Обнаружение в последние годы новых классов мультиферроиков, в частности, редкоземельных манганитов, ванадата никеля и др., в которых сегнетоэлектричество имеет несобственный характер и возникает в определенных модулированных магнитных структурах. Общей чертой таких мультиферроиков является конкуренция (фрустрация) обменных взаимодействий, которая приводит к образованию нецентросимметричных спиральных магнитных структур, в том числе циклоидального типа, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Электрическая поляризация в них возникает благодаря неоднородному ■ магнитоэлектрическому взаимодействию, которое приводит к появлению поляризации при неколлинеарном расположении соседних спинов. К таким веществам относятся соединения с зарядовым упорядочением одного типа катионов на решетке с фрустрированными обменными взаимодействиями, образованными топологией решетки. Поэтому для таких систем важно установить область параметров существования несоразмерной структуры, где возможно ожидать проявление ферроэлектричесьсих особенностей. Электроны, кроме зарядовой и спиновой степенью свободы, обладают орбитальным моментом. Орбитальное упорядочение в системах с сильными электронными корреляциями является одним из необходимых компонентов появления новых физических свойств, как сверпроводимость, магнитосопроивление, переход метал-диэлектрик и магнитных фазовых

переходов. Полное понимание механизмов, стабилизирующих определенный тип упорядочения, зависит от взаимодействия между спиновыми, зарядовыми, орбитальными и решеточными степенями свободы.
Магнетики, имеющие двухкратное орбитальное квазивырождение кроме взаимодействий, не зависящих от спинов, обнаруживают зависимость интеграла обмена от взаимного расположения орбиталей. Это приводит не только к изменению магнитных свойств, но и к изменению транспортных характеристик, т.к. интегралы перескока между соседними 36- ионами зависят как от типа орбиталей, так и от взаимного расположения узлов, поскольку распределение электронной плотности не является сферически симметричным.
При исследовании основного состояния и низкотемпературных эффектов в низкомерных системах существенную роль оказывают квантовые флуктуации в спиновой системе и в некоторых случаях это приведет к спин-Пайерловскому переходу. Поэтому представляется актуальным исследование орбитальных и спиновых степеней своды локализованных электронов на формирование магнитной структуры. Результаты теоретических расчетов магнитной структуры могут быть полезными при. постановке и объяснении экспериментов по магнитоэлектрическому эффекту, для целенаправленного поиска магнитных соединений с модулированной структурой, например, при катионном замещении ионов марганца в марганцевом феррите. Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации фотоэмиссионных спектров, по магнитному рассеянию нейтронов, оптическим спектрам поглощения для определении орбитальных степеней электрона на магнитную и электронную структуру, для установления механизма деформации решетки при фазовых переходах.
Цели и задачи работы:
Теоретическое исследование структуры магнетиков с фрустрированными взаимодействиями и с орбитальным упорядочением
симметрия значительно понижаются. Температурный интервал сосуществования О'- и О-орторомбических фаз становится более широким. Начиная с образца Lao.88MnO2.s4, дифференциальный термический анализ не выявляет каких- либо тепловых эффектов, которые можно было бы связать с переходом в однородное орбитально разупорядоченное состояние, однако аномалия, связанная с переходом из орторомбической в моноклинную фазу, остается ярко выраженной. Данные нейтронной дифракции в совокупности с результатами исследования упругих свойств ■ указывают на существование преимущественно статических ян-теллеровских искажений при комнатной температуре и двухфазный характер кристаллической структуры выше Т-470 К. Неоднородное структурное состояние наблюдается вплоть до температуры 650 К, выше которой стабилизируется моноклинная фаза. Дальнейшее увеличение концентрации кислорода приводит к расширению и постепенному исчезновению минимума на температурных зависимостях модуля упругости, связанного с переходом в орбитально упорядоченное состояние. По мере увеличения содержания кислорода температура фазового перехода от орторомбической к моноклинной симметрии элементарной ячейки понижается и начиная с образца Ьа()88Мп02.у1 происходит стабилизация моноклинной фазы.
Для частично заполненных б-оболочек основной вклад в магнитный момент вносит, как правило, спиновый момент, хотя и орбитальный вклад также возможен. Более того, орбитальные моменты могут упорядочиваться с образованием орбитальной поляризации, что существенно обогащает фазовые диаграммы и физические свойства.
Анализ линейной поляризации данных нерезонансного магнитного рентгеновского рассеяния дает отношение фурье-образов орбитального и спинового моментов Ь(0)/8(0). В пределе О —»0 из этого отношения можно определить вклад орбитального момента в общую намагниченность. Для №0 •такой анализ выявил, что в антиферромагнитной фазе вклад орбитального