Влияние спиновых флуктуаций на электронную структуру и физические свойства полуметаллических слабых зонных магнетиков

• Автор: Аношина, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 122 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

§1.1. Некоторые экспериментальные данные о различных свойствах СЗМ

§1.2. Спин-флуктуационные теории

§1.3. Зонная структура слабых зонных магнетиков

§1.4. Влияние термически индуцированных локальных магнитных моментов на зонную структуру и магнитные свойства СЗМ

Глава 2. Спиновые флуктуации и функционал свободной энергии в обощённой БрсГмодели

§2.1. Гамильтониан обобщённой эрб-модели 3

§2.2. Представление свободной энергии через функциональные интегралы по обменным полям .
§2.3. Квантово-статистическое усреднение функционала свободной энергии и его диаграмное представление
§2.4. Теорема о связанности
§2.5. Функционал свободной энергии
§2.6. Расчет функциональных интегралов
§2.7. Амплитуда спиновых флуктуаций
§2.8. Выводы
Глава 3. Магнитная восприимчивость и тепловое расширение слабых зонных
магнетиков
§3.1. Уравнение электронейтральности. Плотность состояний
§3.2. Магнитная восприимчивость слабых зонных магнетиков
§3.3. Плотность состояний и парамагнитная восприимчивость слабых
зонных магнетиков (на примере твердых растворов на примере Геи хСох81)
§3.4. Температурный коэффициент линейного расширения СЗМ
§3.5. Выводы
Глава 4. Влияние спиновых флуктуаций на термо-э.д.с. и электросопротивление слабых зонных магнетиков
§4.1. Расчёт коэффициентов переноса
§4.2. ТермоЭДС СЗМ.
§4.3. Электросопротивление СЗМ
§4.4.Выводы »
ВЫВОДЫ
Литература

Введение
Актуальность работы. Слабые зонные магнетики (СЗМ) представляют собой класс веществ, обладающих весьма необычными магнитными свойствами, например, низкими значениями температуры Юори-Нееля (Тс порядка 10 К) и амплитуд намагниченности (порядка десятых долей

магнетонов Бора цб); причем в их числе имеются вещества с различными типами магнитного упорядочения.
Среди большого числа соединений, обладающих слабым зонным магнетизмом, особое внимание привлекают твердые растворы силицидов железа, кобальта и марганца, например Ее^Со^Б! и ЕедМщ.дБц которые являются полуметаллами и менее изучены по сравнению с металлическими слабыми зонными магнетиками (СЗМ) (например, ZrZn2, 8с31п, №3А1 и др.). Важной особенностью этой группы веществ является экспериментально обнаруженные существование в них при низких температурах отрицательных значений температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) и существование резистивных состояний с аномально малыми температурными коэффициентами сопротивления (ТКС), что может получить широкое применение в технике. При этом в них наблюдается концентрационный переход от полупроводникового типа проводимости к металлическому, сопровождаемый плавным изменением как величины, так и знака температурного коэффициента электросопротивления (ТКС). До сих пор это электронное превращение не находило адекватного объяснения, поскольку их электронная структура была не достаточно изучена.
Вместе с тем, поскольку инварные и резистивные особенности свойств СЗМ имеют место при достаточно низких температурах, постольку следует » ожидать существенный вклад в их формирование электронных
возбуждений. Кроте того, имеющиеся экспериментальные данные об электронных подсистемах СЗМ указывают на сильное влияние электронных спиновых флуктуаций на свойства этой группы веществ. Однако до сих пор

это влияние рассматривалось весьма однобоко, через перенормировки спиновыми флуктуациями плотности лишь б-электронных состояний, тогда как вопрос об аналогичной перенормировке плотности состояний ьр-электронов не рассматривался. Представляется также актуальным исследование влияния спиновых флуктуаций на такую особо чувствительную к электронной структуре величину как термоЭДС. При этом ожидается, что спиновые флуктуации могут обусловить возникновение дополнительных термодинамических обобщённых сил, приводящих к эффекту парамагнонного увлечения. Поскольку фактор обменного усиления для СЗМ очень велик, то вклад, обусловленный спиновыми флуктуациями, может оказаться превалирующим над всеми другими типами увлечения, например фононного.
Таким образом, комплексное исследование электронной структуры, теплофизических и магнитных характеристик твердых растворов моносилицидов железа, кобальта и марганца является актуальным не только для дальнейшего развития теории зонного магнетизма, но и для разработки путей получения материалов с заданными служебными характеристиками.
Цель работы: исследование влияния спиновых флуктуаций на
электронную структуру и тепловые, электрические и магнитные свойства СЗМ на примере твердых растворов Ре1.хСох81 с учетом особенностей тонкой структуры плотности б- и эр- электронных состояний. Для этого необходимо:
1. Развитие обобщённой эрб-модели, учитывающей перенормировки энергетических спектров не только 6-, но и вр-электронов;
2. Исследование влияния спиновых флуктуаций на условия формирования резистивных состояний с аномально малыми температурными коэффициентами сопротивления (ТКС) в твердых растворах силицидов железа и кобальта;
3. Исследование влияния спиновых флуктуаций на особенности формирования температурных зависимостей температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР); адекватное

Гамильтониан обобщенной бсі-модєли запишем в виде
Н=н0 + ны
(2.1)

Н0 ~Ц11,к,а£1.ка1,к,<га1,к.а
(2.2)
гамильтониан невзаимодействующих эр- (7=7^ й-{1=2) электронов, £‘к-
(уничтожения) эр-{1=1) или (1 -(/=2) электронов, /с-электронный
квазиимпульс,<т- спиновое квантовое число,
- гамильтониан обменного взаимодействия, где - гамильтониан модели Хаббарда для (1-электронов, Н55 и Щ, - гамильтонианы обменного взаимодействия б-б и б-(1 электронов соответственно.
Представим гамильтониан (2.3) через операторы зарядовой и спиновой плотности [2] в следующем виде
Здесь: И- параметр внутриатомного кулоновского отталкивания <
электронов, 1Ч и 1, - параметры эр,эр- и Бр,(1- обменного взаимодействия, соответственно,
оператор Фурье - образа электронной плотности с волновым вектором q и
одноэлектронные зонные энергии, аі,к.Лаі.к.с)- операторы рождения
Я^Я^+Я.+Я,
(2.3)
СПИНОМ У в системе Бр-(1=1) и с1-(/=2) электронов, ^ »
к - оператор Фурье - образа компонент вектора
спиновой плотности Бр-(/=7) или ё-(7=2) электронов.