WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||
(19) для конфигурации параметра порядка (9), (16) с коc2vF эффициентами Ai (17) дает величину как функцию В высокотемпературной фазе T1 > T > T имеется параметра возможность явным образом самосогласовать расчетную процедуру с эффективным обменным потенциалом () =-, (21) B(±l) (6). Для этого построим линейные комбинации из P(0) cos2(/2) +P() sin2(/2) локализованных на границах толстой прослойки (L ) огибающих ВСП в форме (4). При малых аргументах где P(0) и P() — значения определителя (18) соответ|x| L - симметричная комбинация совпадает с ственно при = 0 и, величина не зависит от угла функцией (x), а антисимметричная — с функцией z и равна (x) в выражении (19), если потребовать, чтобы y 1/ = - P(0) (0) =-P() () 4v2 c2 - D F B =. (20) 2 + D 2B= (sh2 l + sin2 l)(sh2 l + cos2 l). (22) Равенство (20) связывает обменную константу B на c3v4 (2+2) F границе областей „слабого “ и „сильного“ антиферромагнетизма посредством интерполяционной длины D() В исследуемой области температур величины, P(0) с перераспределением зарядовой плотности вблизи пои P() положительные, т. е. максимальный выигрыш в верхности раздела Fe/Cr.

энергии достигается либо при = 0, либо при =.

Таким образом, в температурном интервале Выбор решения, отвечающего тому или иному значеmax{T(L)} < T < T1(L) возможно существование тольнию, зависит от постановки задачи. Напомним, что ко неоднородно упорядоченных по толщине прослойки описываемая здесь область „слабого“ антиферромагнитCr состояний с ВСП, связанных с уменьшением ного порядка опосредованно через области „сильного“ „поверхностной“ энергии за счет „внешнего“ (по порядка связана со спинами обкладок. Если угол отношению к прослойке) зарядового возмущения в фиксируется каким-либо механизмом обмена между моприграничных слоях. Такие состояния, исчезающие ментами железа, не связанным с формированием ВСП в отсутствие „внешних“ источников, естественно в прослойке (например, через парамагнитные участки назвать „индуцированными“, в отличие от спонтанно поверхности Ферми зонных электронов хрома [8,11]), появляющихся при T T(L) „топологических“ или внешним магнитным полем, то вопрос о выборе опсостояний. Последние обязаны своим существованием тимальной структуры с ВСП можно считать решенным только одновременному наличию двух факторов:

на уровне формул (14)–(18), а соотношения (21), (22) ограниченности системы с обеих сторон вдоль не нуждаются в дальнейших комментариях.

направления волнового вектора ВСП и особой форме функционала свободной энергии (1), содержащего Напротив, если энергетический выигрыш за счет образования антиферромагнитного порядка в прослойке отрицательный низший градиентный член c2( (x), хрома достаточно велик, то соотношение между (0) предопределяющий неустойчивость относительно вози () определяет тип коллинеарной структуры с ВСП, никновения несоизмеримой структуры с ВСП в объеме, 2 а вместе с ней и относительную ориентацию магнити положительный высший градиентный член c3 (x), ных моментов железа в соседних обкладках. В рамках стабилизирующий эту структуру. В отсутствие любого обсуждавшейся выше модели с вспомогательным векиз этих факторов „топологические“ состояния с тором B, имеющим симметрию параметра порядка в ВСП не возникают. К сожалению, авторы не могут состоянии с соизмеримой ВСП, состояние с = в рамках данной работы рассмотреть ситуацию при соответствует ферромагнитной ориентации моментов Fe T < max{T(l)}, поскольку это потребовало бы учета при четном числе монослоев Cr в прослойке и антифевысших по степеням ( (x) слагаемых в разложении (1) ромагнитной ориентации при их нечетном числе. Если и привело бы к радикальному усложнению всех = 0, то ферро- и антиферромагнитные ориентации расчетов. Таким образом, ограничение T > max{T(l)}, моментов Fe в этом рассуждении меняются на протипри котором P() > 0 для всех и l, является принципиальным и подразумевается в дальнейшем без воположные. Рассмотрим связанный с наличием ВСП дополнительных комментариев. вклад в эффективную энергию обмена, вычисляемую Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Индуцированные границами раздела состояния с несоизмеримой волной спиновой плотности... обычно как разность она имеет вид l0(T ) = 3/2(T ) когда (l, l) 1. Однако если величина становится мнимой, что отвечает D(0) - D() подъему температуры выше T, уравнение (24) не имеет Eex = (0) - () =, (23) D(0)D() решений и эффект „проскальзывания“ фазы отсутствует.

Это согласуется с тем фактом, что в высокотемпе причем величина EAF - EF = (-1)N+1Eex — разница ратурной области T1 > T > T самым энергетически в энергиях состояний с антиферро- и ферромагнитной выгодным всегда является состояние с симметричной конфигурациями моментов железа в соседних обкладках, огибающей ВСП. Действительно, для структуры (19) N — число монослоев хрома в прослойке. Знак величиимеем термодинамический потенциал ны Eex определяется соотношением между P(0) и P() и зависит от толщины прослойки и температуры. Разность B2 sh(2l/) () =- (25) P(0) - P() обращается в нуль, если выполняется 4c2v2 ch(2l/) - cos F равенство с минимумом в точке = 0.

32 - Как следует из формул (21)–(23) и (25), величина tg(2l) = th(2l). (24) эффективного обмена через толстую прослойку хрома с 32 - ростом L экспоненциально затухает на длине амплитудРешение уравнения (24) удобно представить графически ных флуктуаций ВСП: -1(T ) при max{T} < T < T и на плоскости (2l, 2l) (см. рисунок): оно имеет вид (T ) при T < T < T1.

семейства кривых, начинающихся в узловых точках Предложенная в данной работе модель сильно неод2l = n (n = 0, 1, 2,...) на линии „топологической“ нородного по толщине прослойки хрома состояния с неустойчивости T(l) и выходящих на асимптотику ВСП в мультислоях типа Fe/Cr может быть привлечена 2l = (n + 1) - 3/ при / 0. Каждой кривой для интерпретации ряда экспериментальных результасоответствует своя (не имеющая простой аналитической тов, полученных при исследовании этих систем. Речь формы) температурная зависимость ln(T ). При фикси идет в основном об изучении магнитной структуры рованной температуре величины Ln(T ) 2 ln(T ) +D = мультислоев с толстыми прослойками (L > 20-30 мосуть толщины прослойки, при которых происходит нослоев хрома) в области высоких температур (от „проскальзывание“ фазы (сбой регулярного чередования до 550 K). В экспериментах [7] (см. также обзоры [1,2]) знака) эффективного обмена (-1)N+1Eex при изменении по отражению поляризованных нейтронов на сверхречисла монослоев N на единицу [1,2,4]. Каждая линия шетках Fe/Cr (100) выявлены два антиферромагнитных сбоя фазы ln(T ) формально является линией термодиперехода в прослойке хрома. Первый из них авторы намического равновесия между коллинеарными фазами описывают как постепенный переход из состояния с с четным и нечетным параметром порядка: (0) = ().

несоизмеримой ВСП в состояние с соизмеримой (но, Когда длина l проходит через точку ln(T ), функция (x) возможно, сильно неоднородной по толщине прослойприобретает или теряет один нуль. Для иллюстрации ки) ВСП. Так, для образца с L = 56 монослоев с на вставках к рисунку качественно изображены распреростом температуры от 175 до 310 K наблюдается деления (x) в прослойке с эффективной полутолщидифракционная картина двух сближающихся сателлитов ной l, заключенной в интервале (ln(T ), ln+1(T )), при на квазиимпульсе Q =(100)/(2d). Другому переходу малых n. Полагая 2ln dNn, где d — расстояние на магнитной фазовой диаграмме на плоскости (T, L) между соседними монослоями хрома, можно оценить соответствует довольно четкая граница T1(L) 500 K, критические числа монослоев, при которых происходят выше которой центральный пик исчезает; эту границу нулевое, первое, второе и последующие „проскальзыва- авторы интерпретируют как переход между состояниния“ фазы эффективного обмена. В силу зависимости ем с соизмеримой ВСП и парамагнитным состоянием.

величин (T ) и (T ) (15) от температуры числа Nn(T ) Заметим, что результаты нейтронографических и китакже меняются с температурой. Нетрудно убедиться, нетических измерений на сверхрешетках, по-видимому, что в интересующей нас области температур фазовая сильно зависят от качества поверхности раздела Fe/Cr, и корреляционная длина -1(T ) растет, в то время как в ряде экспериментов (например, [5]), где образцы выамплитудная корреляционная длина -1(T ) падает с ращивались в других условиях, наблюдалась лишь одна ростом T, что связано с описанным выше поведением (низкотемпературная) фаза с несоизмеримой ВСП при коэффициента c2(T ). Таким образом, критические числа T < TN(L) в прослойках с толщиной L > 30 монослоев.

Nn(T ) растут с температурой, и кроме того, как следует Проведенные в работе [15] измерения проводимости и из уравнения (24), Nn(T ) nN1(T ) (n = 1, 2,...), т. е.

гистерезиса намагниченности в эпитаксиальных сверхпри изменении числа монослоев в прослойке хрома фаза решетках несколько иного состава Fe/Cr1-xFex (100), где эффективного обмена должна „проскальзывать“ с почти x = 0.06, показали наличие двух температур антиферрорегулярной периодичностью. магнитного перехода для случая толстой (L > 24 моноОбратим внимание, что нулевая линия „проскальзыва- слоев) прослойки. Более низкая из этих температур TN ния“ фазы l0(T ) существует только при c2 > 0, причем ассоциируется с переходом в состояние с „однородной“ Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1658 В.Н. Меньшов, В.В. Тугушев ВСП типа фазы AF0 в объемных разбавленных сплавах T1(L) лежит ниже, чем рассчитанная нами температура Cr1-xFex; как правило, на 150 K выше температуры TN „нулевого“ проскальзывания фазы, либо с тем, что находится другая критическая температура T0 (или T1 линия N0(T) находится в области параметров (T, L), выв наших обозначениях), соответствующая переходу из ходящей за рамки применимости предложенной модели.

„неоднородного“ состояния с ВСП в парамагнитную Один из авторов (В.В.Т.) выражает благодарность фазу.

Н.М. Крейнес и другим участникам семинара по физике Итак, можно констатировать, что эксперименты на магнитных явлений ИФП РАН за обсужение результатов сверхрешетках указывают на существование в области работы и полезные дискуссии.

температур TN(L) < T < T1(L) некоторой неоднородной антиферромагнитной фазы, не имеющей аналогов в объемном хроме. К сожалению, по нейтронографическим Список литературы данным весьма проблематично восстановить тонкую [1] D.T. Pierce, J. Unguris, R.J. Celotta, M.D. Stiles. J. Magn.

пространственную структуру огибающей ВСП, опредеMagn. Mater. 200, 2, 290 (1999).

ляющую указанную неоднородность. Фактически можно [2] H. Zabel. J. Phys.: Cond. Mater 11, 3, 9303 (1999).

констатировать при TN(L) < T < T1(L) лишь сильное [3] S. Parkin, N. More, K. Roche. Phys. Rev. Lett. 64, 10, размытие (уширение) на нейтронограмме центрального (1990).

пика вблизи квазиимпульса Q =(100)/(2d), связанное [4] J. Unguris, R.J. Celotta, D.T. Pierce. Phys. Rev. Lett. 69, 5, с существованием некоторого ближнего антиферромаг1125 (1992).

нитного порядка и, по-видимому, большим диффузным [5] E.E. Fullerton, S.D. Bader, J.L. Robertson. Phys. Rev. Lett. 77, вкладом в рассеяние нейтронов.

7, 1382 (1996).

Более информативным в смысле определения деталей [6] E.E. Fullerton, K.T. Riggs, C.H. Sowers, S.T. Bader. Phys. Rev.

Lett. 75, 2, 330 (1995).

пространственной структуры ВСП оказались экспери[7] A. Schreyer, C.F. Majkrzak, T. Zeidler, T. Schmitte, менты по туннельной спектроскопии так называемых P. Bodeker, K. Theis-Brohl, A. Abromeit, J.A. Dura, оптимизированных трислоев Fe/Cr/Fe(100) с клинообT. Watanabe. Phys. Rev. Lett. 79, 24, 4914 (1997).

разной формой прослойки и весьма совершенной струк[8] E. Fawcett, H.L. Albtrts, V.Yu. Galkin, D.R. Noakes, турой межфазных границ (см. ссылки в обзорах [1,2]), J.V. Yakhmi. Rev. Mod. Phys. 66, 1, 25 (1994).

которая недостижима в сверхрешетках Fe/Cr. В этих [9] A.M. Niklasson, B. Johansson, L. Nordstrom. Phys. Rev. Lett.

экспериментах изучалась эффективная обменная связь 82, 22, 4544 (1999).

ферромагнитных обкладок железа через прослойку хро[10] Z.P. Shi, R.S. Fishman. Phys. Rev. Lett. 78, 7, 1357 (1997);

ма и, в частности, роль в этой связи антиферромагR.S. Fishman, Z.P. Shi. Phys. Rev. B59, 14, 13 849 (1999);

нитного упорядочения внутри прослойки. Оказалось, R.S. Fishman. J. Phys.: Cond. Matter 13, 2, R235 (2001).

что, помимо ожидавшегося чередования ферро- и ан- [11] V.V. Tugushev. In: Electronic Phase Transitions / Ed. by W. Hanke, Yu.V. Kopaev. Modern Problems in Condensed тиферромагнитной относительной ориентации моментов Matter Sciences. Vol. 32. North Holland, Amsterdam (1992).

обкладок железа с изменением числа монослоев хрома P. 239.

N на единицу, при комнатной температуре наблюдается [12] А.И. Буздин, В.Н. Меньшов, В.В. Тугушев. ЖЭТФ 91, проскальзывание фазы (т. е. нерегулярная смена знака 6(12), 2204 (1986).

обмена) при Ni = 24, 44, 64 (i = 1, 2, 3); если толщина [13] В.П. Минеев, К.В. Самохин. Введение в теорию необычпрослойки превышает 75 монослоев, магнитная связь ной сверхпроводимости. Изд-во МФТИ, М. (1998).

между обкладками практически исчезает. Монотонный [14] M. Avignon, V. Men’shov, V. Tugushev. Europhys. Lett. 56, 1, рост первой точки сбоя фазы N1(T ) с температурой от 132 (2001).

24 до 38 монослоев прослеживается вплоть до 550 K, [15] E.E. Fullerton, C.H. Sowers, S.D. Bader. Phys. Rev. B56, 9, как бы продолжая выше TN соответствующую зависи5468 (1997).

мость полупериода длинноволновой огибающей ВСП в AF1 фазе объемного хрома [8]. Данные о зависимостях N2,3(T ) менее определенны, но в целом свидетельствуют о росте Ni(T ) в области температур T > TN(L).

В рамках предложенной выше модели результаты измерений Ni(T ) могут быть однозначно истолкованы в пользу существования в прослойке хрома выше TN(L) поперечно поляризованной ВСП с длинноволновой модуляцией вдоль направления роста структуры, причем величины Ni естественным образом связаны с узлами ВСП, в которых ее амплитуда обращается в нуль.

Pages:     | 1 | 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.