Матричный метод расчета магнитных характеристик иона кобальта

• Автор: Гончаров, Евгений Олегович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 98 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДИКА ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОГО МАТРИЧНОГО РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ИОНА Со2+

1.1. Расчет энергетической структуры элементов переходной группы.

1.2. Электростатическое взаимодействие

1.3. Спин-орбитальное взаимодействие

1.4. Взаимодействие с внутримолекулярным полем

1.5. Энергетическая структура иона Со2+

1.6. Матричные элементы магнитного момента

ГЛАВА 2. МАГНЕТОХИМИЯ ДИМЕРОВ С ИОНАМИ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА..

2.1. Теория матричных взаимодействий димеров
2.2. Взаимодействий димеров с магнитным полем
2.3. Обменное взаимодействие димеров первого порядка
2.4. Аксиальные типы обменного взаимодействия
2.5. Матрица квадратичного обменного взаимодействий димеров
2.6. Магнитные моменты и магнитная восприимчивость димеров
2.6.1. Магнитные моменты димеров с ионами ЪсГ группы
2.6.2. Магнитные моменты димеров ЪсГ группы с учетом обменного взаимодействия второго порядка
2.6.3. Магнитные моменты димеров Со2+ с учетом обмена второго порядка
2.7. Влияние кристаллического поля
2.8. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ МАТРИЧНЫМ МЕТОДОМ И АНАЛИЗ МАГНИТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ИОНА Со2+
3.1. Влияние кристаллического поля на величину магнитного момента

3.1.1. Случай кубического поля
3.1.2. Случай тетрагонального поля
3.2. Сравнение с экспериментом
3.3. Ион Со2+ в полупроводниковых лазерах
3.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы
Исследование магнитных свойств соединений позволяет изучать тонкие особенности их строения и анализировать возможное влияние магнитных полей на протекание химических реакций. По величине эффективного магнитного момента, магнитной восприимчивости и их температурной зависимости можно судить о степени окисления металла, спиновом состоянии, природе внутри- и межмолекулярных взаимодействий между парамагнитными центрами, пространственной структуре и симметрии моно- и полиядерных комплексов.
Несмотря на то, что существует множество работ, посвященных расчету магнитных характеристик иона кобальта Со2+, к настоящему времени задача теоретического расчета магнитных свойств иона Со2+, с учетом всех возможных взаимодействий, остается нерешенной. Кроме того, полученные экспериментально данные о магнитных характеристиках для ионов группы железа существенно расходятся с теоретически предсказанными.
Также, в силу того, что использование иона Со2+ представляет интерес для конструирования перестраиваемых лазеров на основе полупроводников АПВУ1 и АшВу, необходимо как можно точнее рассчитывать энергетическую структуру соединений с учетом всех возможных взаимодействий.
Поэтому теоретическое исследование энергетических и магнитных свойств ионов группы железа является актуальной задачей и тема диссертационной работы представляет интерес, как с научной, так и с практической точки зрения.
Целью работы является: расчет, анализ и изучение энергетических и магнитных характеристик иона Со2+ матричным методом, учитывающим все возможные взаимодействия и симметрии окружения иона.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• описание методики расчета энергетических и магнитных характеристик ионов группы железа матричным методом;

Табл. 2.1. Энергия обмена второго порядка гомоспиновых димеров со спином
ионов 8=1, 3/2, 2, 5/
5 5=1 5=3/2 5=2 5=5/
0 47о-2072 7.57^ 90 72 12Л-252 72 1870-560
1 27о+10 72 5.57,-181/2 107-1267 167)— 368
2 -и(г-2 72 1.570+54 72 67о +54 7 127<>-56
3 -4.5,/0-18 ,/2 144 7 670 +232
4 -87-72 72 -370 +280
5 -137,-200
Из анализа Табл. 2.1 можно заключить, что обменное взаимодействие второго порядка может в некоторых случаях изменять энергии и магнитные свойства димеров, причем эти изменения не носят последовательно увеличивающегося или уменьшающегося порядков.
При обычном феноменологическом расчете энергии обменного взаимодействия собственные значения энергии спиновых состояний с учетом энергии обмена второго порядка:
£5=£0-^о№ + 1)-2^+1)]-
J'l {35(5 +1^5(5 + 1)-4<,(.у + 1)+1]+2.ф + ОМ® +1)-3]} (2-30)
При этом энергия уровня с 5=0 равна:
Е$=Ео + 2J(j [.у(.у +1)] - и2 {у(у + 1X45(5 +1)— 3]}
При 7<,>0 этот уровень будет иметь максимальную энергию и основным состоянием с минимальной энергией будет состояние с максимальным спином, что будет соответствовать ферромагнитному состоянию спиновой системы. При 70<0 уровень с 5=0 будет иметь минимальную энергию и соответствовать