Эффекты кристаллического поля и квадрупольных взаимодействий в редкоземельных цирконах

• Автор: Сидоренко, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЭФФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛЯ И КВАДРУПОЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЦИРКОНАХ
§ 1. Эффекты и кристаллическая структура редкоземельных цирконов ..10 §2. Методы расчета
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ИОНОВ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
§1. Кристаллическое поле
§2. Сверхтонкое взаимодействие в редкоземельных соединениях
I. Магнитное сверхтонкое взаимодействие
II. Квадруполъное сверхтонкое взаимодействие
III. Эффективный ядерный спин-гамильтониан и усиленные ядерные магнетики
§3. Магнитокалорический эффект и теплоемкость
§4. Спин-решеточная релаксация
ГЛАВА 3. АНОМАЛИИ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ВАНАДАТОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ КВАДРУПОЛЬНЫМ УПОРЯДОЧЕНИЕМ
§1. Расчет низкосимметричных и полносимметричных мод при наличии
структурного перехода
§2. ТЬУ04
§3. БуУ04
§4. Выводы
ГЛАВА 4. АНОМАЛИИ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИ КРОССОВЕРЕ В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЦИРКОНАХ
§ 1. УЬР04. Эффекты в сверхсильных полях
§2. РгУ04. Влияние сверхтонкого взаимодействия
§3. НоУ04. Магнитокалорический эффект в импульсных полях
§4. Выводы
ГЛАВА 5. ПРОЯВЛЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ НА МАГНИТОУПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ НуР04
§1. Магнитные аномалии
§2. Магнитоупругие аномалии
§3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Окисные соединения на основе редкоземельных (РЗ) элементов 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.
Исследование РЗ соединений важно не только с точки зрения практического применения. Поскольку в формировании их физических свойств важнейшую роль играют кристаллическое поле (КП) и магнитоупругое (МУ) взаимодействие, а для некоторых РЗ соединений также значительное ян-теллеровское (ЯТ) взаимодействие, такие исследования позволяют решать проблемы, имеющие фундаментальное значение для физики твердого тела. В частности, они способствуют выяснению фундаментальных вопросов магнетизма: природы КП, МУ и квадрупольного взаимодействий, магнитной анизотропии, проявлений сверхтонкого взаимодействия и механизмов спин-решеточной релаксации.
В качестве объектов исследований были выбраны РЗ окисные соединения со структурой циркона ЫХ04, Х=Р, V. РЗ ионы в парамагнитных соединениях с тетрагональной структурой циркона характеризуются богатым слабо вырожденным энергетическим спектром, который благоприятен для эффектов пересечения или взаимодействия энергетических уровней. Отсутствие неэквивалентных позиций для РЗ ионов позволяет наблюдать яркие магнитные и МУ аномалии в этих соединениях, которые связаны с взаимодействием энергетических уровней. Соединения ЮС04 характеризуются значительными одноионным

создаваемых отдельными ионами кристалла, расположенными в окрестности рассматриваемого РЗ иона.
Потенциал ¥(Г() раскладывается в ряд по сферическим функциям
где гь 0, (р, - координаты г'-го электрона, УД0;,рг) - сферические функции (гармоники), а - коэффициенты разложения. Чтобы разложение (29) было возможным, распределение зарядов электронов 4/юболочки не должно перекрываться с распределением заряда ближайших соседних ионов (лигандов).
Потенциалы У(гр для отдельных 4/-электронов умножаются на заряд (-е) и затем суммируются. В результате получается гамильтониан взаимодействия электронов 4/-оболочки с электрическим полем кристалла
где А = -еа, суммирование ведется по 0«г£<оо и ц<к.
Гамильтониан (30) приводится к более простому виду путем проецирования его на совокупность электронных состояний иона, которые необходимо учитывать в данной конкретной задаче, а также за счет использования симметрии КП. Учет этой симметрии приводит к уменьшению числа независимых параметров в гамильтониане КП НС¥. При полном отсутствии симметрии в расположении лигандов, окружающих РЗ ион, КП описывается гамильтонианом общего вида (30), содержащим 27 независимых параметров. РЗ ионы довольно часто занимают в кристаллах низкосимметричные позиции.
При практическом вычислении матричных элементов обычно от угловых координат 0, (р переходят к декартовым: х, у, г, затем используют метод эквивалентных операторов, предложенный Стевенсом [53], который заключается в том, что координаты х, у, г заменяются операторами проекций момента JX,JY,J7 с учетом их перестановочных соотношений.

(29)
(30)
г I к,д