WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАГНЕТИКОВ С ФРУСТРИРОВАННЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ И С ОРБИТАЛЬНЫМ УПОРЯДОЧЕНИЕМ

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

Москвин Антон Иванович

 

Теоретическое исследование структуры  магнетиков 

с фрустрированными взаимодействиями

и с орбитальным упорядочением

01.04.07 – физика конденсированного состояния

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Красноярск-2010

Работа выполнена в Сибирском государственном  аэрокосмическом университете

им. академика М.Ф. Решетнева

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Аплеснин Сергей Степанович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Вальков Валерий Владимирович,

кандидат физико-математических наук,

доцент Вакилов Андрей Николаевич

Ведущая организация:

Сибирский федеральный университет

Защита состоится  «21» декабря 2010 г. в 15 час.30 мин. на заседании диссертационного совета

Д 212.179.04 при Омском государственном университете им. Ф.М. Достоевского по адресу: 644077, г.Омск, пр.Мира, 55а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета.

Автореферат разослан  «     »     ноября           2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат физико-математических наук                                          Вершинин Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Использование новых принципов работы электронных устройств, основанных на спиновых степенях свободы приводит к принципиально новым технологиям в электронике, и к созданию нового направления – спинтроники.  Так в спиновой электронике преобразование информации происходит через изменение намагниченности    в  электрическое напряжение, а в мультиферроиках связь между магнитной и электрической подсистемами проявляется через магнитоэлектрический эффект.

Обнаружение в последние годы новых классов мультиферроиков, в частности, редкоземельных манганитов,  ванадата никеля  и др., в которых сегнетоэлектричество имеет несобственный характер и возникает в определенных модулированных магнитных структурах. Общей чертой таких мультиферроиков является конкуренция (фрустрация) обменных взаимодействий, которая приводит к образованию нецентросимметричных спиральных магнитных структур, в том числе циклоидального типа, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Электрическая поляризация в них возникает благодаря неоднородному магнитоэлектрическому взаимодействию, которое приводит к появлению поляризации при неколлинеарном расположении соседних спинов.  К таким веществам относятся  соединения  с зарядовым  упорядочением  одного типа катионов на  решетке с фрустрированными  обменными  взаимодействиями, образованными  топологией решетки.  Поэтому для таких систем важно установить область параметров существования несоразмерной структуры, где возможно ожидать проявление ферроэлектрических особенностей.

Электроны, кроме зарядовой и спиновой степенью свободы, обладают орбитальным моментом. Орбитальное упорядочение в системах с сильными электронными корреляциями является одним из необходимых компонентов  появления новых физических свойств, как сверпроводимость, магнитосопроивление, переход метал-диэлектрик и магнитных фазовых переходов. Полное понимание механизмов, стабилизирующих определенный тип упорядочения, зависит от  взаимодействия между спиновыми, зарядовыми, орбитальными и решеточными степенями свободы.

Магнетики, имеющие двухкратное орбитальное квазивырождение кроме взаимодействий, не зависящих от спинов, обнаруживают зависимость интеграла обмена от взаимного расположения орбиталей. Это приводит не только к изменению магнитных свойств, но и к изменению транспортных характеристик, т.к. интегралы перескока между соседними 3d- ионами зависят как от типа орбиталей, так и от взаимного расположения узлов, поскольку распределение электронной плотности не является сферически симметричным.

При исследовании основного состояния и низкотемпературных эффектов в низкомерных системах существенную роль оказывают квантовые флуктуации в спиновой системе и в некоторых случаях это приведет к спин-Пайерловскому переходу. Поэтому представляется актуальным исследование орбитальных и спиновых степеней своды локализованных электронов на формирование магнитной структуры.

Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации фотоэмиссионных спектров, оптическим спектрам поглощения для определении орбитальных степеней электрона на магнитную и электронную структуру.

Цели и задачи работы:    

Теоретическое исследование структуры  магнетиков  с фрустрированными взаимодействиями и с орбитальным упорядочением.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

  •  Установить последовательность магнитных фазовых переходов в двойной гексагонально плотно-упакованной структуре Pb3Mn7O15 с фрустрироваными связями, образованными топологией решетки.
  • Оценить величину квантовых флуктуаций  обменно-связанных спинов электронов на орбитальное упорядочение.
  • Исследовать влияние  сильных электронных корреляций  и  взаимодействия электронов с решеткой на орбитальное упорядочение электронов.

Научная новизна

  • Для кристаллической структуры, состоящей из двух   элементарных  гексагонально плотно-упакованных ячеек,  рассчитаны магнитные структуры  и  параметры обменов, при которых наблюдается переход из ферримагнитного в модулированное состояние.  Для марганцевого феррита  Pb3Mn7O15 с ферромагнитным взаимодействие между ГПУ плоскостями  предсказан механизм перехода из низкотемпературной фазы (ферримагнитной) в несоразмерное состояние.
  • Оценен обменный механизм упорядочения электронов на eg орбиталях с учетом обменной анизотропии типа “легкая ось” для спина S=1/2  и найдено два типа орбитального упорядочения электронов с квазиодномерным и двумерным порядком со специальной топологией структуры.
  • Для электронов, расположенных на вырожденных орбиталях и взаимодействующих с решеточными степенями свободы с учетом ангармонизма колебаний  ионов,  установлены области существования орбитального упорядочения с ферро- и антиферромагнитным порядком.  Предсказаны критические параметры электрон-фононного взаимодействия, связанные с  исчезновением  дальнего орбитального порядка.
  • Практическая значимость работы

Результаты теоретических расчетов магнитной структуры могут быть полезными при постановке и объяснении экспериментов по магнитоэлектрическому эффекту, для целенаправленного поиска магнитных соединений с модулированной структурой, например, при катионном замещении ионов марганца в марганцевом феррите. Полученные результаты могут быть использованы при интерпретации фотоэмиссионных спектров, по магнитному  рассеянию нейтронов, оптическим спектрам поглощения для определении орбитальных степеней электрона на магнитную и электронную структуру,  для установления механизма деформации решетки при фазовых переходах.

Достоверность результатов достигается хорошим согласием вычисленных характеристик с экспериментальными данными, а также в некоторых случаях хорошим  совпадением с результатами, полученными аналитическими методами, анализом погрешностей измерений, применением современных аттестованных компьютерных математических программ.

Научные положения, выносимые на защиту:

  • Для кристаллической структуры, состоящей из двух   элементарных  гексагонально плотно-упакованных ячеек с антиферромагнитными взаимодействиями, возможно существование двух магнитных фазовых переходов по температуре. Установлен механизм  низкотемпературного перехода в Pb3Mn7O15 при Т > 20 К. 
  • Существование двух типов орбитального упорядочения электронов с квазиодномерным и двумерным порядком  спинов электронов на  e g  орбиталях  в зависимости от соотношения  параметров обмена и анизотропии обменных взаимодействий.
  • Зависимость квантового сокращения спина на узле и температуры Нееля  для квазидвумерного  антиферромагнетика  со спином  S=1/2  и со страйп -структурой от анизотропии обмена.
  • Наиболее устойчивым расположением орбиталей, для электронов с сильными корреляциями на вырожденных уровнях, при взаимодействии с решеточными степенями свободы, является ферромагнитное упорядочение орбиталей. Областью существования орбитального ферро- и антиферромагнитного упорядочения орбиталей, являются интервалы параметров электрон-решеточного взаимодействия, соответственно 0<g/J<1.1 и 0<g/J<0.8. 
  • Рост ангармонизма способствует увеличению области существования  антиферромагнитного упорядочения орбиталей.

Личный вклад  автора заключается в составлении программ для вычисления магнитных и структурных характеристик, проведении расчетов,  обработке  и интерпретации полученных  результатов, подготовке их к публикации, участии в написании статей и докладов. В результате проведенных модельных расчетов и построенных, на основании полученных результатов, графиков  автор  предложил механизм низкотемпературного перехода от ферромагнитного к модулированному состоянию в Pb3Mn7O15 при Т > 20 К,  рассчитал области существования квазиодномерного и квазидвумерного антиферромагнетиков с  обменной анизотропией типа “легкая ось” в квантовой модели Гейзенберга на плоскости альтернирование – анизотропия обмена, а также установил область существования ферро- и антиферромагнитного упорядочения орбиталей с одним электроном на узле с учетом  ангармонизма  колебаний ионов.

Апробация диссертационной работы.

Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались  и обсуждались на  международных  симпозиумах и конференциях: Международная конференция «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (Махачкала, 2007); Euro-Asian Symposium «Magnetism on a Nanoscale» ( Ekaterinburg, 2010); Московский международный симпозиум по магнетизму MISM (Москва, 2008);  XXXI Международная зимняя школа физиков-теоретиков «Коуровка-2006» (Россия, Кыштым, 19-25 февраля 2008г.),  Международный симпозиум «Упорядочение в Минералах и Сплавах» (Ростов-на-Дону, п. Лоо, 2007, 2008);  Международная научная конференция «Решетневские чтения» (Красноярск,   2009).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них в рецензируемых журналах 4 статьи. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 108 страниц и включает 35 рисунков, 1 таблицу и список цитируемой  литературы содержит 120 наименований.

 

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулирована цель работы, указана ее научная новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту. Описана структура диссертации.

Первая глава диссертации посвящена обзору  магнитных структур и магнитных свойств фрустрированных магнетиков с неальтернантной решеткой, имеющей треугольную, гексагональную и гексагонально-плотноупакованную кристаллическую структуру.  Приведены фазовые диаграммы магнитных состояний, проанализированы несоразмерные структуры и зависимость вектора несоразмерности от радиуса обменного взаимодействия. Рассмотрены типы орбитального упорядочения электронов на eg и t2g орбиталях и физические свойства, связанные с орбитальным упорядочением на примере  ряда соединений, такие как манганиты, ванадаты ReVO3 ( R= La, Pr, Nd, Sm, Gd, Ho) .  Описаны модели, в которых учитывается взаимодействие псевдоорбитальных моментов со спиновыми моментами локализованных электронов, с решеточными степенями свободы. Приведены фазовые диаграммы типов орбитального порядка в зависимости от степени заполнения d- орбитали.   

Во второй главе  описывается метод Монте-Карло, как для решения задач с классическим и квантовым спином. Приводятся различные варианты реализации квантового метода Монте-Карло, использующие формулу Троттера,  метод непрерывного времени,  петлевые, червячные методы  Монте-Карло .

В третьей главе обсуждаются: кристаллографическая структура Pb3Mn7O15 и последовательность магнитных фазовых переходов, найденные из зависимости  АС намагниченности от температуры  на частоте f = 1 kHz и из зависимости  обратной магнитной восприимчивости и теплоемкости в работе [1] и возможные магнитные структуры, существующие в АФМ с гексагонално-плотноупакованной структурой [2].  

Для кристаллической структуры Pb3Mn7O15, состоящей из двух   элементарных  гексагонально плотно-упакованных ячеек с антиферромагнитными взаимодействиями, проведено моделирование магнитных свойств в модели Гейзенберга с изотропными обменными взаимодействиями

,                               (1)

где  J1 <0 - обменное взаимодействие в гексагональной плоскости, J2  < 0 и K >0 –  соответственно антиферромагнитное и ферромагнитные  обменные взаимодействия между ближайшими соседями между плоскостями, S – классический спин  с компонентами , Н- внешнее магнитное поле. Для вычисления магнитных характеристик используется метод Монте-Карло с периодическими граничными условиями на решетке размером N =18 ? 18 ? 18, 12 ? 12 ? 36  и числом шагов 5 000 ? 10 000 MC/spin. Магнитная структура определялась из спин-спиновой корреляционной функции, а температуры, при которых происходят  изменения в магнитной структуре, по аномалиям  в температурном поведении восприимчивости и теплоемкости С=dE/dT.

Рисунок  1.   Зависимость восприимчивости ?=M/H (a) и теплоемкости c=dE/dT (b) от температуры, нормированной на величину обменного взаимодействия в гексагональной плоскости, для J2/ J1=-0.5,  K/J1=2 (1), 8 (2), 20 (3) (J1=|J1|).  

На рисунке 1 приведены зависимости восприимчивости  от температуры для ряда параметров ферромагнитного обменного взаимодействия. Для параметров K/J < 6 восприимчивость имеет вид характерный для антиферромагнетика (рисунок 1a). Это связано с конкуренцией ферромагнитных (FM) и антиферромагнитных (AF)  взаимодействий, пара спинов имеет в ближайшем окружении шесть спинов, связанных антиферромагнитным обменом.

При увеличении FM обмена К/J > 6 пары спинов через  ГПУ  плоскости упорядочиваются ферромагнитным образом, что подтверждается расчетом спин-спиновых корреляционных функций (рисунок 2) в направлении ОZ, перпендикулярном гексагональной плоскости. С повышением температуры ферромагнитное упорядочение спинов исчезает и возникает модулированная структура. Спин-спиновая корреляционная функция на расстоянии r = 3 меняет знак при T = T1, а корреляции между спинами вдоль

одного из направлений решетки в базисной плоскости сохраняют положительный  знак и исчезают при температуре Нееля. Теплоемкость, изображенная на рисунке 1b, имеет ярко выраженный максимум при Т = ТN. Сравнение отношения Т1/TN , вычисленного методом МК, c экспериментом Т1/TN ? 0.3 и TN /JS2 = 2.5 позволяет оценить параметры обменов J1 ~ 7 K, J2 ~  3 K, K ~ 50 K.

  

(a)                                      (b)

                        

(с)                                        (d)

Рисунок 3. Графическое представление орбитального упорядочения и орбиталей для неелевского АФМ с однородным распределением обмена (а,c), с альтернированным обменом (b,d). Двойными линиями обозначен обмен J (1+?), пунктиром  J (1-?), одинарная линия - J, линия из точек - К

В четвертой главе рассмотрен обменный механизм упорядочения  электронов на e­g орбиталях для  двух типов орбитального упорядочения, представленных  на рисунке 3.  Перекрытие  орбиталей приводит к сильному антиферромагнитному обмену и к пространственной анизотропии обменных взаимодействий, что соответствует квазиодномерному  антиферромагнетику.  Образование пар   орбиталей формирует  полосы вдоль [01] направления и приводит к альтернированию обменных взаимодействий вдоль [10]  направления (рисунок  3).

Два типа упорядочения орбиталей сводятся к двум моделях: квазиодномерный АФМ

(4.1)

где J <0 – обменное взаимодействие в цепочке, К< 0- обменное взаимодействие между цепочками, Н – внешнее магнитное поле, что соответствует упорядочению  орбиталей.  Квазидвумерный антиферромагнетик с полосовой структурой описывает упорядочение  пар орбиталей и  в модели с альтернированным обменом, где параметр альтернирования описывает разницу обменных параметров между электронами на - и - орбиталях, т.е. ? = (J() – J(-))/J( -).  Гамильтониан имеет вид:

(4.2)

где J ~  анизотропное обменное взаимодействие Jzz > J+ , определимое перескоком электронов между орбиталями на соседних узлах, Н – внешнее магнитное поле, , Ex - интеграл перекрытия между d? - и p? орбиталями,  ? = (Jzz - J+)/ Jzz  анизотропия обмена.

Магнитные свойства систем с двумя типами орбитального упорядочения были проанализированы на основе спин-спиновых корреляционных функций <Sz (0) Sz (r)>, подрешеточной намагниченности ms, магнитного структурного фактора , энергии Е и теплоемкости CkB/N=dE/dT.

Альтернирование обмена вдоль одного из направлений решетки усиливает квантовые флуктуации, индуцирует сокращение спина на узле и уменьшает  температуру Нееля.

Нормированная температуры Нееля, изображенная на вставке к рис.4,  хорошо описывается линейной функцией TN(?)/TN(0)=1-0,6?  для  ряда параметров анизотропии обмена.  Моделирование  термодинамических характеристик анизотропного АФ методом Монте-Карло при больших ? и интерполяция вычисленных значений TN(?)/TN(0)  линейной функцией указывает на устойчивость АФ порядка по сравнению с неупорядоченным  расположением спинов. Подрешеточная намагниченность и   температура Нееля АФ с полосовой структурой, изображенные на рис.4,  увеличиваются с ростом анизотропии обмена.  Зависимость TN(?) с меньшей погрешностью описывается  степенной  функцией TN(?) /J = 1/4?1/6 , чем логарифмической.

Рисунок 4. Температура Нееля  TN/J квазидвумерного АФ при   ?=0.3 (1) и подгоночная степенная  функция  TN /J = 1/4?1/6 (сплошная линия) в зависимости от анизотропии обмена (а), Вставка: нормированная температуры Нееля   TN(?)/TN(0) от альтернирования обмена при ?=0,25 (1), 0,5 (2), 0,75 (3). Намагниченность на узле ? , вычисленная методом МК при T/TN=0.2, L=60,  в зависимости от величины  анизотропии  обмена.

Упорядочение  орбиталей  приводит к  сильной гибридизации связей и к росту обменного взаимодействия в  квазиодномерном антиферромагнетике,  энергия которого пропорциональная  E/J = 0.44(1 + ?). Энергия квазидвумерного  АФ с полосовой структурой  уменьшается с ростом альтернирования обмена и существует критическое значение параметра ?, при котором наблюдается вырождение

Рисунок 5 Фазовая диаграмма квазидвумерного АФ с орбитальным упорядочением  и  (AF2D)и квазиодномерного АФ с упорядочиванием  орбиталей (1D AF) в плоскости альтернирование-анизотропия обмена.

двух орбитальных конфигураций. Эти критические значения  определяют область устойчивости квазиодномерного и квазидвумерного АФ на плоскости альтернирование обмена- анизотропия обмена., изображенной на рис.5. Из сравнения критических параметров альтернирования в изотропном и анизотропном АФ, следует, что квантовые флуктуации увеличивают область квазиодномерного антиферромагнитного порядка (?сИ- ?сГ )/ ?cИ =0.4 и приводят к более предпочтительному упорядочению  орбиталей.

Используя полученные МК результаты  проанализировали обменный механизм упорядочения электронов  на eg орбиталях в  KCuF3  и в NH4CuCl3 [3].

В пятой главе анализируется распределение электронной плотности на t­2g орбиталях для случая сильных электронных корреляций с электрон-фононным взаимодействием при наличии ангармонизма колебаний ионов с учетом корреляций  между электронами на разных узлах и орбиталях  в феноменологическом приближении с использованием метода МК. Рассматривается механизм  разрушения орбитального порядка  в результате однородного заполнения орбиталей и исчезновения псевдоорбитального момента на узле, либо разупорядочением орбиталей с сохранением асимметричного распределения электронной плотности по орбиталям на узле.

Гамильтониан в феноменологическом представлении для двух орбиталей, обозначим их через x, y, можно записать в виде:

где - электронная плотность на орбиталях ,, J - параметр, характеризующий выигрыш в энергии при неоднородном распределении электронов по орбиталям (например, за счет мультипольного взаимодействия), g - константа электрон-решеточного взаимодействия, - смещения ионов относительно положения равновесия в  направлениях r?, (?=x,y,z),соответствующих  сторонам  куба с постоянной решеткой a ,  k,  b - упругие константы.

Рассмотрим два типа  упорядочения орбиталей. В первом случае электроны занимают  орбитали, а орбитали  остаются вакантными- что соответствует ферромагнитному расположению псевдоорбитальных моментов и случай антиферромагнитного упорядочения орбиталей, образованного при чередования заполнения  орбиталей в шахматном порядке .

Корреляционные функции псевдоорбитальных  моментов на расстоянии r=1 и r=5 изображены на Рис.6.  В результате взаимодействия электронов с упругой подсистемой корреляционные функции уменьшаются более быстро при AФ упорядочении, по сравнению с ФM порядком орбиталей.  Область существования орбитального упорядочения  c антиферромагнитным порядком значительно меньше, по сравнению с ферромагнитным упорядочением (вставка на рис.6), которые исчезают соответственно при следующих критических параметрах  электрон-решеточного взаимодействия  

Рисунок 6. Корреляционные  функции псевдоорбитальных моментов <Lz(0)Lz(r) > при антиферромагнитном упорядочении орбиталей  на  расстоянии r=1 (4,5,6) и r=5 (1,2,3) для  g/J=0.25 (1,4), 0.6 (2,5), 0.75(3,6). На вставке: температура перехода в неупорядоченное состояние при ФM упорядочении орбиталей (1) и AФ (2)  от параметра электрон-решеточного взаимодействия .

При сильном взаимодействии  электронов с решеткой g/J?0.5 сохраняется ближний порядок в расположении орбиталей при T > TN,C (Рис.6). Это указывает на сохранение асимметричного распределения электронной плотности на узле и наличие дисперсии  функции  распределения псевдоорбитальных моментов.

Тепловое расширение решетки при учете взаимодействия электронов с упругой подсистемой определяется  конкуренцией взаимодействий,  так  ангармонизм   колебаний приводит к расширению решетки с коэффициентом теплового расширения ?= b/2k2 , а  взаимодействие между орбиталями к сжатию решетки с  <U>=gn/k. Какой из этих факторов будет превалировать, мы  определим из зависимости  относительного смещения ионов   от температуры и величины электрон-решеточного взаимодействия.  

Изменения параметров решетки зависит от типа распределения электронов по орбиталям. При ФM упорядочении орбиталей параметр решетки  в направлении вакантных орбиталей  с nyz <<1  увеличивается, а в направлении с максимальной электронной плотностью решетка сжимается (Рис.7a) и начинает расширяться в области исчезновения дальнего орбитального порядка в области низких температур с ростом константы электрон-решеточного взаимодействия.  Деформация решетки, соответствующая  тетрагональному искажению в нашей модели <Ux - Uy > , также растет с ростом  параметра g.  Минимум в Ux(g) связан с наличием ангармонизма и уменьшением электронной плотности на  орбитали  с ростом электрон-решеточного взаимодействия.  Это следует из минимизации свободной энергии в приближении молекулярного поля dF/dUx,y=0 при . Соответствующие смещения ионов  в приближении линейной зависимости заполнения орбиталей  согласуются с МК расчетами. 

Рисунок 7. Относительное смещение ионов вдоль осей Y <Uy> (1,2,3) и X <Ux> (4,5,6)  при FM (a) и AF (b) упорядочении орбиталей   для g/J=0.25 (1,4), 0.6 (2,5), 0.75(3,6-b) и 0.85 (3,6-a).

Коэффициент теплового расширения  кроме основного максимума в температурной зависимости ?(Т) связанного с разрушением дальнего FM порядка, наблюдается еще один дополнительный максимум  и смена знака коэффициента теплового  расширения в области формирования ближнего порядка.

Из вычисления энергии найдена устойчивость ферромагнитного типа орбитального порядка,  который определяется в основном  взаимодействием электронов с решеткой. С ростом температуры разница энергий между ФМ и АФ орбитальным порядком уменьшается и при его исчезновении, энергия системы с ближним антиферроорбитальным порядком  превышает энергию системы, имеющей ближний ферромагнитный порядок.

Учет нелинейности в упругой системе приводит к увеличению области существования орбитального порядка и к росту асимметрии электронной плотности узле и соответственно к  увеличению модуля псевдоорбитального момента.       

Используя результаты данных вычислений на качественном уровне  объяснены происхождение фазовых переходов в квазиодномерном  антиферромагнетике в CaV2O4 [4].

В заключении содержатся перечень основных научных результатов, полученных при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

  1. Установлена последовательность магнитных фазовых переходов в двойной гексагонально плотно-упакованной структуре с антиферромагнитным обменным взаимодействием в гексагональной плоскости,  антиферромагнитным  и ферромагнитным   взаимодействиями  между плоскостями. Предложен механизм  низкотемпературного перехода  от  ферримагнитного к модулированному состоянию в Pb3Mn7O15 при Т > 20 К . 
  2. Оценены параметры  обменных взаимодействий электронов на упорядочение , орбиталей  и  упорядочение пар орбиталей  , ,  образующих двумерное антиферромагнитное состояние с полосовой структурой.   На плоскости альтернирование обмена - анизотропия обмена вычислены области существования квазиодномерного – и квазидвумерного антиферромагнетика.
  3. Вычислена зависимость температуры Нееля и квантового сокращения спина на узле для анизотропного антиферромагнетика c полосовой структурой и со спином S=1/2 от анизотропии обмена типа легкая ось. Найдена степенная  зависимость температуры фазового перехода АФ-ПМ  в пределе слабой анизотропии обмена.
  4. Найдена устойчивость ФМ расположения орбиталей  для электронов с сильными электронными корреляциями,  взаимодействующих с решеточными степенями свободы. Определен   критический  параметр  электрон-решеточного  взаимодействия, величина которого при ферромагнитном  упорядочении орбиталей на 30% превышает антиферромагнитное и при этом сохраняется асимметричное распределение электронов по орбиталям.
  5. Найден максимум  коэффициента теплового расширения решетки в области исчезновения дальнего орбитального порядка при  антиферромагнитном упорядочении орбиталей  и расширение решетки при охлаждении вдоль одной из осей кристалла при ферромагнитном упорядочении.

 

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

    1. Аплеснин С. С., Москвин А.И. Образование полосовых структур при орбитальном упорядочении .// 1-й международный, пленарный симпозиум «Среды со структурным и магнитным упорядочением» (Multiferroics-2007). - Ростов-на-Дону, п. Лоо, 5-10 сентября 2007г.: Труды Симпозиума. - Р. 21-24.
    2. Аплеснин С. С., Баринов Г.И., Москвин А.И. Образование орбитального упорядочения в магнетите выше температуры Вервея. // Сборник трудов VIII международного семинара «Магнитные фазовые переходы». – Махачкала, 13 сентября 2007г.- С. 59-62.
    3. Аплеснин С. С., Москвин А.И.    Моделирование магнитных свойств марганцевого оксида Pb3Mn7O15. // 11-й международный симпозиум «Упорядочение в металлах и сплавах». – г. Ростов-на-дону пос. Лоо. 10-15 сентября 2008 г. с. 45-47.

Аплеснин С. С., Москвин А.И.    Вычисление магнитных свойств Pb3Mn7O15 методом Монте – Карло. // Второй Международный форум по нанотехнологиям Cборник тезисов секционных докладов, стендовых докладов и докладов участников конкурса научных работ молодых ученых, Москва, 5 декабря 2008,

    1. Аплеснин С. С., Москвин А.И.    Образование безщелевой спиновой жидкости при упорядочении eg орбиталей. // XXXII Международная зимняя школа физиков теоретиков Коуровка-2008,  Тезисы докладов, «Зеленый мыс», Новоуральск, 25 февраля – 2 марта, 2008  с. 23
    2. Piskunova  N. I. Aplesnin S. S., Moskvin A.I. Study of the magnetic structure of the low-dimentional magnets upon orbital ordering by quantum Monte Karlo metod. // Moscow International Symposium of Magnetism «Book of Abstracts», Moscow, June 20-25, 2008 P.532-533.
    3. Аплеснин С.С., Москвин А.И. Моделирование магнитных свойств оксида  марганца  Pb3 Mn7O15. // ФТТ, т.51, в.4, с.724-726.
    4. Aplesnin S. S., Moskvin A.I Magnetic structures upon ordering of eg orbitals in a square lattice. // Journal of Physics: Condensed Matter 20,  p.  325202-325209,   2008 .
    5. Aplesnin S. S.,Piskunova N.I., Moskvin A.I Simulation of the magnetic structure upon eg­  orbitals to the quasi-one-  and quasi-two-dimensional magnets by quantum Monte Carlo method.  // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. ак. М.Ф. Решетнёва. Вып. 2(23).- Красноярск, 2009.- C.87-92.
    6. Москвин А.И., Харьков А.М. Влияние  неоднородного распределения  электронной плотности  по t2g орбиталям на упругие свойства  кристаллов. // Решетневские чтения: Материалы ХIII научной конференции ; СибГАУ.–Красноярск, 6–10 ноября 2009, - C.344-345.

   11. Aplesnin S.S., Moskvin A.I. Formation of magnetic moment on site under charge-orbital ordering. IV Euro-Asian Symposium “Trend in MAGnetism”: Nanospintronics, EASTMAG-2010. Program and abstract. Ekaterenburg. 2010, p.73.

12. Аплеснин С.С., Москвин А.И.  Влияние  сильных электронных корреляций  и  взаимодействия электронов с решеткой на орбитальное упорядочение электронов. // Письма в ЖЭТФ, Т.92, вып.4, с.254-259, 2010.

Список цитируемой литературы

 1. N. V. Volkov, K. A. Sablina, E. V. Eremin, P. Boni, V. R. Shah, I. N. Flerov, A. Kartashev, J. C. E. Rasch, M. Boehm and J. Schefer. Heat capacity of a mixed-valence manganese oxide Pb3Mn7O15 // J. Phys.: Condens. Matter 20 445214

2. Аплеснин С.С, Гехт Р.С. Несоразмерные и непериодические структуры в фрустрированных антиферромагнетиках с ГПУ решеткой.»   ЖЭТФ, 1989. Т.96.В.6. С.2163-2171.

3. Yoshiyuki Shimaoka, Takao Goto, Katsuaki Kodama, Masashi Takigawa and Hidekazu Tanaka. NMR study of magnetic structures in NH4CuCl3. // Physica B: Physics of Condensed Matter, 2003, v. 329, p. 894-895.

4. A. Niazi, S. L. Bud’ko, D. L. Schlagel, J. Q. Yan, T. A. Lograsso, A. Kreyssig, S. Das, S. Nandi, A. I. Goldman, A. Honecker, R. W. McCallum, M. Reehuis, O. Pieper, B. Lake, and D. C. Johnston. Single-crystal growth, crystallography, magnetic susceptibility, heat capacity, and thermal expansion of the antiferromagnetic S=1 chain compound CaV2O4 // Phys. Rev. B. 2009, v. 79, p.104432.

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.