Тепловые свойства низкоразмерных металлооксидных магнетиков

• Автор: Маркина, Мария Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ

МАГНЕТИКОВ

§1.1. Основное состояние классических 3D ферромагнетиков

и антиферромагнетиков

§ 1.1.1. Эффекты дальнего порядка в приближении

молекулярного поля

§ 1.1.2. Магнитный обмен

§ 1.1.3. Квантовые модели Изинга и Гейзенберга

§ 1.1.4. Метод спиновых волн. Основное состояние

ферромагнетика и антиферромагнетика
§ 1.2. Основное состояние магнитных 0D систем
§1.2.1. Изолированный парамагнитный ион
§ 1.2.2. Димер
§ 1.3. Основное состояние одномерных магнитных систем
§ 1.3.1. Точные решения задачи Изинга
§ 1.3.2. Квазиодномерная цепочка спинов S =1/
§ 1.3.3. Квазиодномерная цепочка спином 5=
§ 1.3.4. Альтернированные цепочки
§ 1.3.5. Спиновые лестницы 5 =1/
§ 1.3.6. S174C1124O41 - комбинация спиновых цепочек
и лестниц

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ,
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ
§2Л. Исследование теплоемкости
§2 Л Л. Квазиадиабатический микрокалориметр
§2.2. Исследование теплопроводности
§2.2.1. Метод стационарного потока тепла
§2.3. Исследование коэффициента теплового расширения
§2.3.2. Емкостной дилатометр
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
§ 3.1. Исследование тепловых свойств ИаУ
§3.1.1. Магнитная восприимчивость и теплоемкость
На1.хУ205 (х = 0, 0.01, 0.0, 0.03, 0.04)
§ 3.1.2. Исследование теплопроводности НаУ
в полях до 15 Т
§ 3.1.3. Исследование коэффициентов теплового расширения НаУ205 вдоль главных кристаллографических осей в полях до 11.5 Т
§ 3.2. Исследование теплоемкости и теплопроводности На0.ззУ2О5
§3.3. Исследование теплоемкости и теплопроводности ЬгСиДВОзД .
§ 3.4. Исследование теплоемкости и спектра ЭПР СиОе03: Бе
ВЫВОДЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время обнаружен ряд низкоразмерных квантовомеханических систем, в которых с понижением температуры формируется спиновая щель, отделяющая немагнитное основное состояние от спектра спиновых возбуждений. Образование спиновой щели в концентрированных магнитных системах проявляется в том, что такие соединения при низких температурах не обнаруживают ферро- или антиферромагнитного упорядочения и ведут себя как немагнитные вещества. Основным состоянием подобных соединений является спиновый синглет, то есть изолированная конфигурация спинов, в которой проекция их суммарного магнитного момента на любое направление равна нулю. Достижение системой щелевого или бесщелевого основного состояния зависит от взаимного расположения и величины спиновых магнитных моментов, величин и иерархии констант обменного взаимодействия.
Низкоразмерный магнетизм является новой областью квантовой физики. Так же, как в случаях магнетизма и сверхпроводимости, поведение низкоразмерных магнетиков невозможно описать, используя классические представления о твердом теле, поскольку достижение основного состояния при низких температурах является чисто квантовым эффектом. Существование основного состояния в низкоразмерных магнетиках говорит о глубокой общности кооперативных квантовых состояний материи.
Настоящая работа посвящена изучению тепловых и магнитных свойств новых низкоразмерных магнетиков: магнитной восприимчивости, статической намагниченности, теплоемкости, теплопроводности и коэффициентов теплового расширения. Исследования проводились на монокристаллах высокого качества; анализ полученных результатов проводился на базе современных теоретических моделей для этих систем.

топологические условия более благоприятны для реализации упорядоченного основного состояния, чем в 20 и Ш случаях.
Важным результатом точного решения в ГО случае является то, что решение, соответствующее появлению спонтанной намагниченности в системе при Т Ф 0, отсутствует, то есть линейная бесконечная цепочка магнитных атомов не упорядочивается при любой конечной температуре. Основное состояние достигается только при Т = 0, щели в энергетическом спектре магнитных возбуждений нет. Это можно пояснить следующим образом: дальний порядок в цепочке атомов, связанных обменным взаимодействием ./, разрушается переворотом одного спина. При этом магнитная энергия увеличивается на ^ а энтропия увеличивается на кпЫ. Изменение свободной энергии при перевороте спина записывается как:
и может быть сделано отрицательным при любой сколь угодно низкой температуре, за счет выбора достаточно большого значения N.
Свободная энергия является непрерывной функцией температуры, магнитная теплоемкость определяется формулой [8]:
Теплоемкость имеет плавный максимум в окрестности кТ = J, но не обнаруживает фазового перехода (Рис.4а, ГО).
Такие же качественные рассуждения можно использовать и для 2В решетки, но в этом случае дальний магнитный порядок разрушить не так легко. Например, может существовать замкнутая область, с измененными значениями спинов. Граница области представляет собой Ь связей типа Ті. Образование этой границы приводит к увеличению энергии системы на Ы, а энтропия при этом увеличивается на величину ~ к 1пС3 (это грубая оценка основана на том, что существует ~ Ь1 способов провести границу области). Изменение свободной энергии в этом случае равно:
ЛF = J-kTlnN

АР = Ы- кТІпІ3,