Исследование анизотропных обменных взаимодействий в монокристаллах NaV2O5 и TiOCl методом ЭПР

• Автор: Захаров, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1 Введение

2 Микроскопическая теория обменного взаимодействия

2.1 Механизмы обменного взаимодействия

2.1.1 Прямое обменное взаимодействие

2.1.2 Механизмы косвенного обменного взаимодействия

2.2 Изотропное обменное взаимодействие

2.2.1 Антиферромагнитное спиновое упорядочение

2.2.2 Ферромагнитный суперобмен

2.2.3 Квантовая интерференция суперобмена

2.2.4 Обмен при малых энергиях переноса заряда

2.2.5 Двойной обмен

2.3 Анизотропное обменное взаимодействие
2.3.1 Антисимметричный анизотропный обмен
2.3.2 Симметричный анизотропный обмен
3 Электронный парамагнитный резонанс
3.1 Элементарный магнитный резонанс
3.1.1 Эффект Зеемана
3.1.2 Уравнения Блоха
3.2 Измеряемые величины
3.2.1 Резонансное поле
3.2.2 Ширина и форма линии
3.2.3 Мощность поглощения
3.3 Описание установки
3.4 Механизмы спиновой релаксации
3.4.1 Формула Кубо-Томиты
3.4.2 Основные источники уширения линии
3.4.3 Метод моментов линии
3.5 ЭПР в низкоразмерных системах
3.5.1 Спиновая диффузия при высоких температурах
3.5.2 Область низких температур
3.5.3 Температуры порядка обменного интеграла
4 Симметричный анизотропный обмен в а'ПХаУгОб
4.1 Общая характеристика системы
4.1.1 Кристаллическая структура
4.1.2 Феномен зарядового упорядочения
4.1.3 Магнитные и термические свойства
4.2 ЭПР в а'-КаУгОб
4.2.1 Резонансные спектры
4.2.2 Анализ g тензора
4.2.3 Ширина линии
4.3 Анализ механизмов релаксации
4.3.1 Пути обмена
4.3.2 Симметричный анизотропный суперобмен
4.4 Резюме
5 Анизотропный обмен в ТІОС1
5.1 Характеристика системы
5.1.1 Структура кристалла
5.1.2 Магнитные и термические свойства
5.1.3 Флуктуации при высоких температурах
5.2 ЭПРвТЮС1
5.2.1 Резонансные спектры и интенсивность поглощения
5.2.2 д-фактор и ширина линии
5.3 Схема расщепления Ы уровней иона Ті3+
5.4 Механизмы спиновой релаксации в ТіОСІ
5.4.1 Симметричное обменное взаимодействие
5.4.2 Взаимодействие Дзялошинского-Мория
5.4.3 Анализ механизмов спиновой релаксации
5.5 Резюме
6 Заключение
Литература
Глава 1.
Актуальность темы. Соединения переходных металлов с пониженной пространственной размерностью предоставляют уникальную возможность изучения квантовых эффектов, проявляющихся макроскопически. Усиление роли тепловых и квантовых флуктуаций в низкоразмерных спиновых системах приводит к возникновению новых фаз. В качестве примера можно указать на сиин-пайерлсовский переход в СиСеОз, на квазнодномерные соединения с волнами зарядовых плотностей, на системы с зарядовым и орбитальным упорядочениями.
Большое внимание привлекает квантовый эффект, предсказанный теоретически Латтинжером в 1963 году [1], который недавно подтвердился при исследовании карбоновых нанотрубок [2] - разделение спиновых и зарядовых степеней свободы (жидкость Латтинжера - вместо ферми-жидкостного состояния), В этой связи, естественно, что свойства квазиод-номерных систем находятся в центре внимания современных исследований по физике конденсированного состояния. Исследующееся в настоящей работе квазиодномерное соединение ИаУгОз является системой со смешанной валентностью ионов ванадия У4,5+. По мере понижения температуры (при Тсо = 34 К) оно претерпевает фазовый переход в состояние с упорядочением заряда У4+ - У5+. В случае ТЮС1, основным состоянием иона Тп Зс/1 является орбитальный триплет Ьчд, что может привести к новым нетривиальным физическим свойствам этого соединения.

(,x, г/, z) имеем
[2£>г2 - Dxx - Dyy]2 = [ДДЗ cos2 /3 - 1) + ДДЗ sin2 (3 cos2 a - 1)
-~Dyy{b sin2 (3 sin2 a-I)]2,
D2XZ + D2yz = [(Dxx cos2 a + Dyy sin2 а - Dzz) cos /3 sin /? +
-f 2Д,г cos 2(3 sin a]2 (3.29)
+[(Dyy - Dxx) sin/3 cos a sin cr]2,
[(Z)xx - Dyy)2 + ADly] = [,Dxx(cos2 /3 cos2 a - sin2 a) +
+Dyy (cos2 (3 sin2 a — cos2 a)
+DZZ sin2 j3]2 + (Dyy - Dxx)2 cos2 /3sin2 2a.
В данных выражениях была дополнительно учтена анизотропия д фактора
А а С
cos a = —: - cos р = ■ -
л/А2 + В2 VA2 + B2 + C2

А = gxxsm9cosp, В — дуу sin 9 sin у, С — gzzcosd.
3.5 ЭПР в низкоразмерных системах
Уже со времени открытия ЭПР, особое внимание уделялось исследованию низкоразмерных систем. Наиболее интересными из теоретических концепций, развитых в 1970-е годы, являются модель спиновой диффузии (Long-Time-Tail of the relaxation) в спиновых цепочках, предложенная Диетцом и др. [67] (см. следующую главу), и расчёт сдвига ^-фактора, произведённый Нагата и Тазуке [47] (
глава 3.2.1). Эти теории позволяют описать данные ЭПР в классических одномерных системах. Однако, в последние годы