Особенности критической динамики изинговских наноразмерных магнетиков

• Автор: Спирин, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Введение

1 Современные проблемы магнетизма

1.1 Актуальные проблемы физики наноструктур

1.2 Магнитные свойства нанокристаллических материалов

1.3 Модель Изинга и ее применение к описанию магнитных фазовых переходов

1.4 Исследование модели Изинга методом Монте-Карло

1.5 Постановка задачи

2 Исследование диаграмм основных состояний одномерного изинговского наномагнетика

2.1 Диаграммы основных состояний в осях энергии взаимодействия вторых соседей и внешнего магнитного поля
2.2 Диаграммы основных состояний в осях энергии взаимодействия третьих соседей и внешнего магнитного поля
2.3 Диаграммы основных состояний в осях энергии четырехчастичного взаимодействия и внешнего магнитного поля
3 Исследование магнитного перехода ферромагнетик — антиферромагнетик в одномерном изинговском наномагнетике
3.1 Критический индекс корреляционной ДЛИНЫ V
3.2 Время релаксации магнитного перехода ферромагнетик -антиферромагнетик
3.3 Динамический критический индекс г
3.3 Кинетический критический индекс У
3.5 Проверка гипотезы динамического сксйлинга
4 Перколяционные эффекты в одномерном изинговском наномагнетике
4.1 Модель одномерного изинговского наномагнетика с переменной локализацией немагнитных примесей
4.2 Модель одномерного изинговского наномагнетика с фиксированными немагнитными примесями
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Исследование магнетизма является одной из важнейших задач современной физики конденсированного состояния. В последние десятилетия большое внимание специалистов занимающихся исследованием и созданием новых материалов вызвали наноструктурные материалы [1, 2]. Эти материалы обладают уникальной структурой и свойствами, многие из которых имеют непосредственный практический интерес. В наноструктурных материалах часто изменяются фундаментальные, обычно структурнонечуствительные характеристики, такие как упругие модули, температуры Кюри и Дебая, намагниченность насыщения, а так же наблюдаются особенности фазовых превращений [1—5]. Это открывает перспективы улучшения существующих и создания принципиально новых конструкционных и функциональных материалов
При помощи экспериментальных методов удалось установить основные закономерности, наблюдающиеся в области фазовых переходов, что существенно прояснило понимание картины фазовых переходов и критических явлений [6-9]. Тем не менее, до сих пор не разработана строгая последовательная микроскопическая теория фазовых переходов и критических явлений. В связи с этим на современном этапе значительно возрастает роль и актуальность методов экспериментального исследования, моделирования физических явлений и процессов, в том числе различных вариантов метода Монте-Карло (МК), которые позволяют успешно исследовать критические свойства реальных систем [7, 8, 10]. Достоинством методов Монте-Карло является строгая математическая обоснованность, контроль погрешности в рамках самого метода и возможность увидеть «физическую» картину происходящих процессов [10].
Долгое время низкоразмерные системы представляли чисто академический интерес. Лишь в последние десятилетия были синтезированы кристаллы, которые по своим магнитным свойствам близки к одно- и двумерным вырожденным системам [11-47].
В последнее время в понимании физических процессов происходящих в одномерных системах наметился существенный прогресс, это отчасти обусловлено возможностью получения новых материалов с высокими функциональными свойствами. Наличие квазиодномерных систем из органических соединений с довольно сложной структурой и химически
устойчивых металлооксидных соединений, позволило проводить более детальное изучение физических свойств различными экспериментальными методами [45-54]. Процессы в нанокристаллах вызывают особый интерес, так как классические методы к ним неприменимы, и необходима разработка новых методов в исследовании квазиодномерных систем.
В большинстве экспериментальных и теоретических работ исследовались термодинамические и магнитные свойства квазиодномерных антиферромагнетиков [7-70], а кинетические особенности данных систем практически не рассматривались. В настоящее время становится очевидным их важное практическое значение, что обусловлено быстрым развитием информационных технологий, компьютерной техники и получением новых магнитных структур. Магнитная нейтронография - практически единственный экспериментальный метод обнаружения и исследования магнитной структуры магнетиков [32]. Наличие магнитного упорядочения обнаруживается обычно по появлению на нейтронограммах на фоне ядерного рассеяния дополнительных максимумов когерентного магнитного рассеяния, интенсивность которых зависит от температуры. По положению этих максимумов и их интенсивности можно определить тип магнитной структуры кристалла и величину магнитного момента атомов [32, 70]. Однако в критической области, исследование кинетических свойств низкоразмерных магнетиков экспериментальными методами связано со значительными трудностями. Хорошо известно, что свойства магнетиков зависят от размерности спиновой системы и могут быть описаны в рамках модельных теорий [70].
Низкоразмерные модельные системы особенно интересны при исследовании следующих вопросов [69-79]: изучение формирования
магнитного порядка и его особенностей в кристаллах с различной магнитной размерностью и типами обменного взаимодействия; исследование критического поведения магнетиков в области фазового перехода в магнитоупорядоченное состояние; методы изучения ориентационных фазовых переходов, связанных с перестройкой магнитной структуры во внешнем магнитном поле.
Детальная информация о структуре и кинетических свойствах квазиодномерных наномагнетиков может быть получена при развитии методов компьютерного моделирования указанных систем с учетом имеющихся экспериментальных данных.

N=19 <*1 Ч 55555
Ф 1 7FFFF
0 а*
1/22 В X
<*2 33333; 66666

a (a',) - 56D, 5AD, 5B5; а - 6DB7, 6DBB, 6DDB, 6EDB, a (i'1/2) - 55B6D, 56B6D, 5AB6D,
6 (im) - 36D, 5B6; 76DB; 56D6D, 5AD6D, 5B56D,
в (a'j) - 4CD, 4D9, 599, 336, 366; 6 - 66DB, 6CDB, 6D9B, 6DB3; 6 (i'I/2) - 4DB6D, 59B6D, 5B36D,
г (a'2) - 667, 673, 733. в (a'2) - 4CCD, 4CD9, 4D99, 5999, 5B66D, 5B6CD, 5B6D9, 36DB6;
3336, 3366, 3666; в (a'2) - 4CCCD, 4CCD9, 4CD99,
г (a'2) - 6667, 6673, 6733, 7333, 4D999, 59999, 33336, 33366,
33666, 36666; г (a'2) - 66667, 66673, 66733,
67333,73333; fl-6DB6F, 6DB77, 6DBB7, 6DDB7, 6EDB7, 76DB7, 6DB7B, e-666DB, 66CDB, 6CCDB, 66D9B, 6CD9B, 6D99B, 66DB3, 6CDB3, Рис. 2.1.8. Диаграммы основных состояний J2-H 6D9B3,6DB33;
третьего типа (t2 = 3). j I < 0, J3 = J]_4 = 0. >K-5B6DB, 6DB6D;
Дефекты этого типа ДОС представляют собой блоки из двух и трех сонаправленных спинов.
На ДОС третьего типа десять областей не зависят от количества узлов наномагнетика (рис. 2.1.8): две ферромагнитные (р, две антиферромагнитные аь две антиферромагнитные а2 и четыре дефектные антиферромагнитные области а'2 (обл. в и г). Дефекты имеют размеры от одного до четырех спинов.
Четвертый тип диаграмм основных состояний для отрицательного взаимодействия ближайших соседей имеет только одну не изменяющуюся антиферромагнитную область а2 (рис 2.1.9). Но, аналогично случаю для второго типа диаграмм, прогнозу поддаются еще пять областей: две ферромагнитные ф, две дефектные антиферромагнитные a'i (обл. а) и антиферромагнитная область at. И зная зависимость смещения границы между областями а| и ф от размеров системы, можно определить вид этих областей для любого количества узлов. Если следовать выше изложенным рассуждениям получим для граничного значения магнитного поля Нгр формулу (2.1.2). То есть, как и для второго типа ДОС, при большом количестве узлов вид этих областей можно считать постоянными. Дефектами