Коррелированные ядерные спиновые системы в антиферромагнетиках

• Автор: Думеш, Борис Самуилович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 213 с. : ил.

Введение.
Проблемы взаимоотношения порядка и беспорядка занимают традиционно важное место в физике конденсированных сред. Большое внимание уделяется исследованию частично упорядоченных систем. В физике магнитоупорядоченных веществ это, как правило, вещества с нарушенным пространственным порядком расположения атомов - спиновые стекла и метглассы, в которых частичное пространственное разупорядочение сочетается с определенными магнитными корреляциями. Однако существуют спиновые системы, в которых сложное сочетание внутреннего порядка и беспорядка происходит при полном пространственном упорядочении. Это системы ядерных спинов магнитных ионов в магнитоупорядоченных диэлектриках. При достаточно низких температурах благодаря косвенному взаимодействию через упорядоченную электронную спин-систему возникают сильные корреляции в движении ядерных спинов. В результате в парамагнитной (неупорядоченной) спин-системе существуют коллективные возбуждения с пространственной дисперсией -ядерные спиновые волны (ЯСВ).
Наиболее ярко это явление проявляется в превращении ЯМР на ядрах магнитных ионов в коллективную моду колебаний и трансформации ее спектра (так называемый динамический сдвиг частоты (ДСЧ)) и наблюдается в ряде антиферромагнитных соединений на основе иона Мп2+ при температурах жидкого гелия. ДСЧ ЯМР дает важную информацию не только о ядерных спиновых волнах с малыми волновыми векторами, но и о всей зоне ЯСВ. Хотя они известны достаточно давно, ряд важных свойств коррелированных ядерных спин-систем к началу данной работы не

был исследован, в том числе: переходная область между чисто парамагнитным и коррелированным состояниями ядерной спин-системы; поведение при высокой степени поляризации ядерных спинов, эффекты корреляций в ферромагнетиках и многоподрешеточных антиферромагнетиках (АФ). Их изучению методом 55Мп ЯМР и посвящена данная работа.
Другой важный аспект беспорядка в магнитоупорядоченных веществах - сильные квантовые флуктуации в основном состоянии АФ, приводящие к редукции (уменьшению) средних на узел спинов магнитных ионов. Хотя исследование их - важнейшая проблема физики антиферромагнетизма, экспериментальный материал нарабатывается весьма медленно. Дело в том, что в трехмерных (ЗЦ) антиферромагнетиках редукция спинов мала и трудно поддается экспериментальному изучению. В низкоразмерных АФ квантовые флуктуации существенно больше, и в последние годы обнаружено существенное уменьшение средних магнитных моментов в ряде таких соединений. Однако интерпретация полученных результатов, как правило, затруднена вследствие сложности учета сравнимых с квантовыми флуктуациями орбитальных эффектов.
Наиболее чисто редукция спинов проявляется в соединениях Мп2+, который находится в 8 состоянии и орбитальные вклады в средний магнитный момент пренебрежимо малы. Однако, в этих веществах ЯМР характеризуется сильным ДСЧ, который необходимо учитывать при определении средних спинов Мп2+ из спектральных данных. Поэтому, задача разбивается на два этапа: сначала изучение ДСЧ ЯМР в низкоразмерных АФ и адекватное описание его влияния на спектры резонанса, а затем определение средних спинов. Последовательное выполнение этой программы позволяет не только достаточно точно измерить редукцию спинов в

низкоразмерных антиферромагнетиках, но и приступить к изучению эффектов следующего порядка: исследованию полевых
зависимостей средних спинов и анизотропии их величины в магнитно неэквивалентных позициях.
Используемый нами метод исследования - магнитный резонанс на ядрах магнитных ионов традиционно применяется как для изучения коррелированных ядерных спин-систем, так и для определения спинов магнитных подрешеток. Однако вследствие недостаточной чувствительности применение его в сильных магнитных полях затруднено. Поэтому большое внимание в диссертации уделяется совершенствованию техники ЯМР для работы в сильных магнитных полях.
ЯМР на ядрах магнитных ионов в сильных магнитных полях, помимо решения основных задач данной работы, позволяет получать микроскопическую информацию о пространственном расположении магнитных моментов. Нам с его помощью удалось обнаружить новый тип переориентационных фазовых переходов в многоподрешеточных АФ с легкоосной анизотропией и расшифровать образующуюся при этом магнитную структуру. Эти исследования также вошли в данную диссертацию.
Во всех экспериментах измерялся ЯМР на 55Мп в диэлектриках с Мп2+. В первой части работы исследовались хорошо известные вещества с трехмерным (30) магнитным порядком: ферромагнетик Ре2Мп04, антиферромагнетик СлМпРз и антиферромагнетик со слабым ферромагнетизмом МпСОз. Во второй части изучались многоподрешеточные АФ с 30 порядком -СэМпОз и квази-ГО упорядочением: СэМпВгз, ЯЬМпВг3, СзМп13.
Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Первая глава содержит обзор теории и основных экспериментов по

теорию нелинейного движения спинов под резонансного ВЧ ПОЛЯ в ядерных спин-системах с ДСЧ ЯМР.