Нейтрон-дифракционные исследования фазовых переходов, индуцированных магнитным полем в квазидвумерных антиферромагнетиках Pr2CuO4 и Eu2CuO4

• Автор: Гаврилов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Взаимодействия между магнитными ионами в диэлектрических кристаллах’и связанные с ними спиновые структуры

1.1. Общие сведения об антиферромагнетиках

1.2. Феноменологическая классификация взаимодействий

1.2.1. Изотропное обменное взаимодействие в диэлектриках

1.2.2. Магнитоанизотропные релятивистские взаимодействия

1.3. Антиферромагнетики во внешнем магнитном поле

1.4. Кристаллическая и возможные спиновые структуры квазидвумерных редкоземельных купратов /?2Си
1.5. Взаимодействия, снимающие бесконечное вырождение ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ в соединениях Л2Си

Глава 2. Экспериментальная методика

2.1. Объекты исследования
2.2. Юстировка образца перед помещением в криостат
2.3. Описание экспериментальной установки
2.4. Методика проведения измерений
Глава 3. Нейтрон-дифракционные исследования фазовых переходов, индуцированных внешним магнитным полем в Рг2Си04.
ЗЛ. Определение параметров псевдодипольного взаимодействия и их сравнение с данными неупругого рассеяния нейтронов

3.2. Переход I рода при Н|| [0,1,0] в состояние
со спинами неортогональными полю
3.3. Квантовый фазовый переход II рода в состояние со спинами неортогональными полю при небольшом
отклонении поля от оси [0,1,0]
3.4. Критическое поведение параметра порядка вблизи
квантового спин-флоп перехода при Н||[1,-1,0]
Глава 4. Исследования магнитного и структурного упорядочения в Еи2СиС>
4.1. Связь магнитного и структурного фазовых переходов
4.2. Спиновая структура и ее трансформация в магнитном поле при нарушении компенсации обменных
взаимодействий между плоскостями Си
4.3. Структурный переход с орторомбическими искажениями
в состояние с двумя типами ближнего порядка
Заключение
Список цитированной литературы
Введение
Через некоторое время после открытия высокотемпературной сверхпроводимости объектами всесторонних физических исследований стали слоистые окислы редкоземельных элементов и меди /г2Си04 (Л = Рг, N6, Бт, вб, Ей). Вначале они привлекали внимание как основа для электронных высокотемпературных сверхпроводников, но со временем выяснилось, что эти системы сами по себе обладают необычными магнитными свойствами.
Соединения /?2Си04 (Л = Рг, N6, Бт, Об, Ей) имеют объемноцентрированную тетрагональную структуру (Т/) и описываются пространственной группой 14/ттт, причем ионы Си2+ находятся в координации квадратов, образованных ионами О2' [1]. Эти диэлектрические вещества являются квазидвумерными, и обменное взаимодействие в плоскостях Си02 на несколько порядков превышает величину межплоскостного обмена. В результате каждый спин в данной плоскости, например в положении (0,0,0), окружен четырьмя противоположно направленными спинами. Такое упорядочение спинов в пределах одной плоскости приводит к тому, что на каждом из ионов меди в соседней плоскости, например в положении (1/2,1/2,1/2), эффективное обменное поле от близлежащих ионов первой плоскости скомпенсировано. Таким образом, система спинов разбивается на две коллинеарно упорядоченные подсистемы. Одинаковый поворот всех спинов одной подсистемы относительно другой не приводит к изменению обменной энергии, т.е. основное состояние бесконечно вырождено в обменном приближении. (Для краткости можно называть такой магнетик обменно фрустрированным.) В отсутствие обменного поля, даже очень слабые взаимодействия между плоскостями очень существенны. Именно они определяют взаимную ориентацию спиновых подсистем, снимая обменное вырождение. В работах [2, 3] было показано теоретически и подтверждено экспериментально, что квантовые
1.5. Взаимодействия, снимающие бесконечное вырождение основного состояния в соединениях /?2Си04.
Купраты Л2Си04 являются антиферромагнитными диэлектриками, в которых основным взаимодействием, определяющим магнитное упорядочение, является косвенный обмен через /7-орбитали промежуточных кислородных ионов. Мы рассматриваем лишь магнетизм 37-ионов меди, не учитывая возможного влияния редкоземельного иона. Основное состояние катиона Еи3+ является немагнитным вне зависимости от окружения, а Рг3+ в Рг2Си04 имеет основное синглетное немагнитное состояние, связанное с эффектами кристаллического поля. Если посмотреть на приведенную на рис.
2.6. элементарную ячейку, то нетрудно видеть, что результирующее обменное поле на ионе Си2+ с г — 1/2 от 8 ближайших ионов при я = 0 и г = 1 равно нулю. Такая ситуация является следствием объемноцентрированности тетрагональной ячейки. Одновременный поворот всех спинов одной плоскости Си02 не приводит к изменению обменной энергии, так что основное состояние бесконечно вырождено. Направление магнитного момента Си2+ в центре объемноцентрированной ячейки не определено в обменном приближении, то есть магнитная структура является обменно фрустрированной. Другой важной особенностью исследуемых купратов является наличие очень сильного обменного взаимодействия в плоскостях 0иО2 с величиной обменного интеграла 7= 124 шеУ [63], отвечающего за антиферромагнитное упорядочение спинов. В то же время межплоскостное взаимодействие значительно слабее и его величина составляет около 0.1 шеУ [16]. Таким образом, эти антиферромагнетики являются квазидвумерными. Дальний антиферромагнитный порядок возникает ниже Ты ~ 250 ч- 300 К в зависимости от качества кристалла [5, 7, 8, 62].
Как уже упоминалось во введении, считается, что ортогональная структура в редкоземельных купратах определяется межплоскостным псевдодипольным взаимодействием [16]. Ранее предлагались другие модели,