Взаимодействие энергетических уровней (кроссовер) и индуцированные магнитным полем фазовые переходы в редкоземельных окисных соединениях

• Автор: Демидов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ГЛАВА 1. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ОКИСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СО СТРУКТУРАМИ ЦИРКОНА И СЛОИСТОГО ПЕРОВСКИТА

§1. Кристаллическая структура и магнитные свойства

редкоземельных цирконов

§2. Соединения ВВа2Си20у.х и проблема ВТСП

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

§1. Кристаллическое поле

§2. Магнитоупругое и квадрупольное взаимодействия

§3. Сверхтонкое взаимодействие в редкоземельных соединениях

§4. Магнитокалорический эффект и теплоемкость

ГЛАВА 3. АНОМАЛИИ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИ КРОССОВЕРЕ
В ВАН-ФЛЕКОВСКОМ ПАРАМАГНЕТИКЕ ТтР04
§1. Гамильтониан
§2. Магнитные аномалии вблизи кроссовера
§3. Расчет эффекта Зеемана и магнитных характеристик
§4. Анализ эффектов кроссовера
£5. Причины уширения пиков с1М/с1Н на эксперименте
§6. Выводы
ГЛАВА 4. КАСКАД КРОССОВЕРОВ В
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЦИРКОНАХ
§1. Цирконы с двумя и более кроссоверами
§2. Влияние разбавления редкоземельной подсистемы на
аномалии магнитных характеристик и магнитокалорический эффект (КР04, /?= ТЬ, Иу)

$3. Эффект разориентации магнитного поля (НоР04, ЕгУ04)
§4. Выводы
ГЛАВА 5. РАЗРУШЕНИЕ СИЛЬНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ КВАДРУПОЛЬНОГО И МАГНИТНОГО УПОРЯДОЧЕНИЙ И
КРОССОВЕР В ЯН-ТЕЛЛЕРОВСКОМ МАГНЕТИКЕ ЭуУ04
§1. Введение
§2. Гамильтониан
§3. Кристаллическое поле и начальная восприимчивость
§4. Экспериментальные данные для дифференциальной
магнитной восприимчивости
§5. Кроссовер
§6. Разрушение квадруполъного упорядочения
§7. Магнитный фазовый переход
§8. Выводы
ГЛАВА 6. ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ 123 ТИПА
§1. Расчет эффекта Зеемана и магнитных характеристик
§2. Обсуждение результатов
§3. Магнитное упорядочение вблизи кроссовера
в соединениях НоВа2Си202.х
§4. Влияние сверхтонкого взаимодействия на спонтанное и индуцированное магнитным полем упорядочения
в соединениях НоВа2Си$02.х
£5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Редкоземельные (РЗ) окисные соединения образуют один из перспективных в практическом отношении класс магнитных материалов. РЗ оксиды характеризуются большим разнообразием магнитных, магнитоупругих, магнитооптических, резонансных, оптических и других физических свойств. Это обстоятельство обуславливает их широкое использование в качестве рабочих материалов в лазерной и вычислительной технике, прикладной магнитооптике, в различных устройствах микроэлектроники, магнитоакустики и т.д. Успехи, достигнутые в последние годы в построении научных основ магнитного материаловедения, необходимого для целенаправленного создания новых магнитных материалов, в значительной степени связаны с исследованием физических свойств окисных РЗ соединений.
Изучение РЗ соединений важно не только с точки зрения практического применения. Поскольку в формировании их физических свойств важнейшую роль играют кристаллическое поле (КП) и магнитоупругое взаимодействие, а для некоторых РЗ соединений также значительное ян-теллеровское (ЯТ) взаимодействие, такое изучение позволяет решать проблемы, имеющие фундаментальное значение для физики твердого тела. В частности, они способствуют выяснению фундаментальных вопросов магнетизма: природы КП, магнитоупругого и квадрупольного взаимодействий, магнитной анизотропии, проявлений сверхтонкого взаимодействия и механизмов спин-решеточной релаксации.
В качестве объектов исследований были выбраны РЗ окисные соединения со структурами циркона ЛХ04 (Х=Р, V) и слоистого перовскита КВа2Сиз07.х, которые характеризуются энергетическим спектром благоприятным для эффектов взаимодействия энергетических уровней в магнитном поле. Отсутствие неэквивалентных позиций для РЗ ионов позволяет наблюдать яркие магнитные и магнитоупругие аномалии в этих соединениях, которые связаны с взаимодействием энергетических уровней.

моментом через сверхтонкое взаимодействие.
Оператор магнитного момента усредняется с матрицей плотности
р__£^(РоГде ро = 1/квТ. При не слишком низких температурах и 8р«р(-Р0*О
умеренных магнитных полях тепловая энергия квТ во много раз превосходит энергии, обусловленные слагаемыми 'Н^. и Я~Нр , и можно воспользоваться начальными членами разложения матрицы плотности по формуле Кубо (см., например, [81]). В первом приближении электронная намагниченность равна Мн=х(Т)Н0, (50)
где ^т> - тензор восприимчивости, зависящий от температуры. Для систем с немагнитным основным состоянием эта формула применима, когда заселен только основной уровень. Для основного синглетного уровня в этом случае восприимчивость не зависит от температуры: х«р - {8J^iв)гTafi •
Вклады в М;=8р(рМз) (см. формулу (48)) во втором и третьем порядках теории возмущений представляют собой намагниченность, наведенную на электронных оболочках ядерными моментами. Такой двукратно усиленный магнетизм оказывается особенно заметным при очень низких температурах (А~квТ). При этом расчет намагниченности упрощается вследствие того, что заселены лишь ядерные подуровни основного электронного синглета. Электронная намагниченность, наведенная ядерным моментом через

сверхтонкое взаимодействие, М. =--1~тХ{Т) ■ т?] ■ Как показано в [79, 80],
величина ядерной намагниченности в первом приближении не отличается от

обычной: т{,) = 1(1 + )у*Ь2-^. Преобладающим может оказаться вклад
второго порядка. Для ядерной намагниченности, которая соответствует “усиленному” внешнему магнитному полю, имеет место следующее
выражение: т, = т'," + тг;' = , -И + К)Н. Обычно Ми намного
превосходит все остальные вклады, но при сверхнизких температурах, когда