Влияние поверхности на магнитные и тепловые свойства классических ферромагнетиков

• Автор: Казбеков, Каирбек Казбекович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 153 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I ПОВЕРХНОСТНЫЕ ФАЗОВЫЕ МАГНИТНЫЕ ПЕРЕХОДЫ 1-ГО РОДА В ОГРАНИЧЕННЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМАХ

1.1. Поверхностные фазовые магнитные переходы 1-го рода в изотропном

ПОЛУБЕСКОНЕЧНОМ ФЕРРОМАГНИТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

1.2. Поверхностные фазовые магнитные переходы 1-го рода в изотропных ферромагнитных СИСТЕМАХ слоя и шара

ГЛАВА II УЧЕТ ЛОКАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ В КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СПИНОВЫХ ВОЛН

2.1 Начальные замечания

2.2. Расчёт спинового спектра системы

2.3. Анализ спектра и некоторые частные выражения

ГЛАВА III ГАМИЛЬТОНИАН ГЕЙЗЕНБЕРГА ДЛЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОВЕРХНОСТЬЮ. РАСЧЕТ НАМАГНИЧЕННОСТИ ФЕРМИОННОГО ГАЗА
3.1 Вывод модельного спинового гамильтониана модели Гейзенберга с учетом поверхностной энергии
3.2. Расчет намагниченности и спектра спиновых волн с учетом поверхности системы (методом квантовостатистических функций Грина)
ГЛАВА IV БОЗОННЫЙ ФОРМАЛИЗМ В ТЕОРИИ ПОВЕРХНОСТНОГО ФЕРРОМАГНЕТИЗМА. РАСЧЕТ НАМАГНИЧЕННОСТИ И ТЕПЛОЕМКОСТИ БОЗОННОГО ГАЗА
4. 1. Представление гамильтониана. Гейзенберга для ферромагнетика с поверхностью через операторы спйновых переменных. Формализм Хольштейна-
Примакова
4. 2 Представление спиновых операторов через операторы спиновых возбуждений
4.3. Взаимодействие магнонов и псевдомагнонов с колебаниями решётки..
4. 4 Магнон-магнонное и псевдомагнон-псевдомагнонное взаимодействия..
4. 5. Теплоёмкость и намагниченность газа магнонов и псевдомагнонов..
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
Прогресс в изучении основных закономерностей физических процессов, протекающих в кристаллических проводниках и диэлектриках, успехи в теоретическом описании их важнейших электронных свойств предопределили широкое развитие в последнее время исследований, направленных на изучение разнообразных эффектов на поверхности твердых тел в том числе проводящих, в приповерхностных слоях и на границах раздела различного типа, т.е. явлений, в которых наличие границ играет важную, порой определяющую роль. В полной мере сказанное относится и к физике магнитных явлений на поверхности твердого тела.
Не останавливаясь подробно на анализе имеющихся экспериментальных данных и их теоретических интерпретаций, отметим, что современное состояние исследований в указанной области характеризуется наличием весьма противоречивых данных как в области эксперимента, так и в области теории, в которой предложено много разительно отличающихся друг от друга подходов. В развиваемых теоретических подходах используются произвольно вводимые заведомо огрублённые предположения о характере изменения параметров системы в близи поверхности. Так, даже в работах, где наиболее полно учитывается зонная структура переходных металлов, величина внутриатомного кулоновско-го взаимодействия электронов для поверхностного атомного слоя полагается большей, чем для внутренних слоёв. На сегодня установлено, что причиной возникновения поверхностного ферромагнетизма в металлах являются осцилляции электронной плотности при переходе от внутренних слоёв металла к поверхностному. При этом полагается, что существует некоторый эффективный потенциал, который считается отличным от нуля лишь для поверхностного атомного слоя и соответствует образованию на поверхности металла диполь-ного слоя из-за переноса заряда между приповерхностными слоями.

В литературе приводятся противоречивые данные о магнитных свойствах приповерхностных слоев магнетиков. Согласно одной точке зрения атомы, находящиеся вблизи границы раздела, вообще не обладают магнитными моментами (так называемые мёртвые слои), а согласно другой - их магнитные моменты значительно больше, чем в глубине образца.
В связи с этим в данной работе, не задаваясь целью сопоставлять различные теоретические подходы к проблеме поверхностного магнетизма, на основе стандартных теоретических методов рассматривается возможность более последовательного исследования магнитных свойств приповерхностных слоев.
Актуальность темы обусловлена необходимостью разработки последовательной микроскопической теории поверхностного ферромагнетизма, установления влияния геометрии поверхности на спектр спиновых возбуждений и свойства ферромагнетика, а также уточнения и развития имеющихся феноменологической теории переориентационных поверхностных фазовых переходов ограниченных систем ферромагнетиков на случай более сложных порядков приближений.
Все реальные твёрдые тела имеют конечные размеры т.е. они отделены от внешней среды поверхностью раздела. Несмотря на это, при описании зонной структуры используются (часто в неявном виде) периодические граничные условия. Такой подход справедлив для макроскопических твёрдых тел (содержащих порядка ]М~1024 атомов), если рассматриваются такие параметры, величина которых пропорциональна N (экстенсивные величины), так как относительный вклад атомов на поверхности чрезвычайно мал (М3/Ы~К'1/3~10'8).
С другой стороны, многие практически важные явления определяются процессами, происходящими на поверхностях раздела: самим существованием поверхностей, их возникновением, уменьшением площади и т.д. Нетрудно представить, как важно было бы детально разобраться в механизме и характере

энергии, которая с точностью до поверхностных эффектов равна:
АЕ, /[(УУМЧ,.)2 + (ЧЗфг
(2.3)
Таким образом, в данной теории не рассматривается влияние поверхностных эффектов на формирование спинового спектра, что, вообще говоря, является законным лишь в случае малости поверхностной энергии по сравнению с (2. 3) т. е. в случае массивных образцов. Безусловно, в случае существенного влияния размерных эффектов проводится включение поверхностных членов в (2. 3), однако и тогда расчет приводит лишь к ограничению области действия «объёмной» теории в ограниченных системах путём введения дополнительных параметров [6, 9, 29]. При этом расчёт приобретает известную жёсткость, будучи не в состоянии отразить более сложные аспекты влияния поверхности на энергетический спектр системы связанные, например, с особенностями строения структуры самой поверхности. Построение таких, более общих классических теорий представляется достаточно интересным хотя бы потому, что в физических следствиях таких теорий может быть явно показана зависимость спектра, а с ним и всех свойств от размерной структуры системы.
Проведём расчёт для спектра элементарных возбуждений ферромагнитной системы ограниченной некоторой произвольной поверхностью, на которую мы пока не будем налагать никаких определённых условий, придерживаясь стандартного метода диагонализации гамильтониана (2. 3). Для этого необходимо к выражению (2. 3) добавить член, связанный с поверхностными эффектами, а именно:
2. 2. Расчёт спинового спектра системы
(2.4)
интегрирование ведётся по поверхности всего