close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Новые магнитные состояния в кристаллах. А.И. Смирнов

код для вставкиСкачать
Новые магнитные состояния в кристаллах
А.И.Смирнов
Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН
МФТИ 3 марта 2006
1. Ферромагнетики и
антиферромагнетики
2. Квантово-разупорядоченные основные
состояния магнитных кристаллов
Квазиодномерные, димерные и
фрустрированные магнетики
T
3. фрустрированные магнетики
?
Антиферромагнетик
Ферромагнетик Компас
Трансформатор
Устройства памяти
=2a(293K)
Температурная зависимость
восприимчивости антиферромагнетика
MnF2
Гейзенберговский обмен и проблема основного состояния
антиферромагнетиков
H =S Ji,i+1 SiS i+1
H = Ji,i+1 S [SzjSzj+1+1/2(S+jS-j+1 + S-jS+ j+1 )]
S+i = Sxi+iSyi S-i= Sxi-iSyi
-
Это – классическое
основное состояние
для J > 0
Но оно не является
cобственным
для гамильтониана
НЕТ порядка в одномерных АФМ спиновых цепочках даже при T=0
M i Вклад спиновых волн в полную энергию и
угол отклонения параметра порядка :
E ~ (grad Q)2~k2Q2 ~eknk
Q2 ~ eknk/k2 ~nk/k ~1/k
2dk ~
dM ~
k
dk/k
k
wk = ak
T=0
nk=1/2
Цепочка спинов S=1/2 (анзац Бете)
0
-1/4
-ln2+1/4 (H.Bethe, 1931)
<S>=0
z
x=
-3/4
-E/NJ
Осталось только создать одномерную цепочку спинов и провести
эксперимент
CuCl2 *2N(C5H5)
KCuF3
Восприимчивость спиновых цепочек (бензоат меди)
Нейтронный
спектрометр
NIST
Детектор
n2
Реактор
n1
Спиновое
возбуждение
e/J
Теория
(численный
эксперимент)
Классическая цепочка
Спектр цепочки спинов ½. С.Мешков 1993
2E /J
Эксперимент
(рассеяние нейтронов) Спектр возбуждений
в CuCl2 *2N(C5H5)
ka
Endoh et al PRL1974
Эксперимент (рассеяние нейтронов)
e /J
Теория (численный
эксперимент)
D. Tennant et al 2000
Спектр возбуждений
в KCuF3
Щелевые и бесщелевые состояния спиновых цепочек S=1/2
Димеризованые спиновые цепочки в кристалле
спиновые цепочки в кристаллах
J
Спинпайерлсовский переход
a
J
J -d J
J+dJ
T
<Sz>=0
x=
T
<Sz>=0
x=v/D
Восприимчивость
спин-пайерлсовского
магнетика
Hase et al PRL 1993
Халдейновские спиновые цепочки S=1
| g.s.> =
i0hihi0hihh0ihih0ihihihih
<S>
z = 0
+…
x~ 7
DH= 0.41J
Спиновая щель:
T
J
J
Structure and susceptibility of a Haldane magnet
(Pb2+)
Uchiyama et al PRL 1999
Димерные системы
Восприимчивость
Структура
Спектр возбуждений
Спиновая щель
Квантовые жидкости:
a) Бесщелевые - цепочка спинов S=1/2
b) Спин-щелевые –
цепочка спинов S=1,
димеризованная цепочка спинов S=1/2
димерные сетки
Как все-таки перевести квантовую спиновую жидкость
в упорядоченное состояние? Квантовые фазовые переходы
Способ 1: закрыть спиновую щель сильным магнитным полем
S=1, Sz=1
E
TlCuCl3
S=1, Sz=0
S=0
S=1, Sz=-1
Hc
H
Glazkov et al 2003
Индуцированный магнитным полем (!!??)
антиферромагнитный порядок в TlCuCl3
Как все-таки перевести квантовую спиновую жидкость
в упорядоченное состояние? Квантовые фазовые переходы
Способ 2: локально разрушить спин-щелевое состояние примесями
Miyashita &Yamamoto
PRB 1993
Теория
(численный эксперимент)
Спиновые кластеры и индуцированный примесями АФМ порядок
-
+
-
+
-
+
-
+
Локальный АФМ порядок
-
+
+
-
Спиновая вакансия
Распространения магнитного порядка на весь образец при перекрытии
Областей локального порядка и за счет межцепочечного обмена
+
+
-
-
+
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
+
-
+
+
-
+
+
-
-
+
-
-
Индуцированный немагнитными примесями магнитный порядок (!!!???)
в халдейновском и спин-пайерлсовском магнетиках
l
m
x=
Cu(1-x)MgxGeO3
Uchiyama et al PRL 1999
Masuda et al PRL 1998
26.3 GHz ESR
CuGeO3+2.88% Mg
Сосуществование
сигналов
парамагнитного и
антиферромагнитного
резонанса
Glazkov, Smirnov et al PRB 2002
Простое моделирование фазового
разделения
Длина области локального
порядка при конечной
температуре:
J S2 exp(-2L/x) ~ kBT
Размер области локального
порядка растет при
понижении температуры и
происходит перколяция
M o d e lin g o f th
e in d u c e d o r d e rстимулированного примесями
Моделирование
упорядочения,
S in g le c lu ste r
L o c a l A F M a re a
Острова порядка
в море беспорядка
Перколяция порядка через
море беспорядка
R e sid u a l
o f th e sp in -g a p
m a trix
A F M a re a
o f a m a c ro sc o p ic
size
Glazkov et al
PRB 2002
Теория (численный эксперимент) стимулированного примесями (!!!???)
магнитного упорядочения в спин-щелевом магнетике
Yasuda et al PRB 2001
Фрустрированные
магнитные системы: спины на треугольной решетке.
?
G ro u n d sta te sp in co n fig u ra tio n o n th e p la n a r tria n g u la r la ttice
S1
S2
S3
Сильно фрустрированный антиферромагнетик
на решетке пирохлорного типа
ФИЗКУЛЬТУРА
А может,
на базу сходить?
ИНФОРМАТИКА
Матан
ФИЗИКА
Англ.яз
ФРУСТРАЦИЯ В ЖИЗНИ
Фрустрированный магнетик:
Спиновая жидкость при T=0 (!!!???)
T, K
Macroscopic amount of degenerate states with minimum energy.
J>0
Minimum energy at S=0
The rotation of spins at each hexagon
by an arbitrary angle does not break
the condition S=0 at each tetrahedron,
with no change of the total energy
No order until low temperatures: T<< TCW
Фрустрированный магнетик:
Энтропия, невымерзающая при абсолютном нуле (!!!???)
Магнитное охлаждение
при низких температурах
при адиабатическом
размагничивании
Теория
T
/J
0
.1
0
.0
5
p
y
ro
c
h
lo
re
p
a
ra
m
a
g
n
e
t
g
a
rn
e
t
0
0
0
.5
1
H
/H
s
a
t
1
.5
Test for the degenerate modes by the
Experiment on adiabatic demagnetization
thermometer
H
sample
charcoal cryopump
with a heater
vacuum/
exchange gas
Эксперимент:
В стадии
выполнения
Quasi-adiabatic demagnetization
15
H || (111) plane
Overall heat leaks
310-7 Вт
T (K )
10
5
0
0
Solid lines are
MC-simulations
40
80
1 20
H (kO e )
Sosin et al PRB 2005
J>0
Minimum energy at S=0
No order until low temperatures: T<< TCW
Temperature evolution of magnetic resonance lines
Sosin et al unpublished
J.R. Stewart et al JPCM 2004
Spin structures suggested for the ordered phase of Gd2Ti2O7
Выводы : !!!! ????
В некторых квазиодномерных и фрустрированных магнетиках
магнитный порядок отсутствует вплоть до T=0.
В спин-щелевых спиновых жидкостях магнитная восприимчивость
обращается в ноль при стремлении температуры к нулю.
“Захлопывание” спиновой щели магнитным полем приводит
к антиферромагнитному упорядочению.
Беспорядочно расположенные примеси стимулируют магнитный
порядок. Упорядоченная фаза неоднородна.
Приходите к нам изучать экспериментально квантовые
макроскопические эффекты в магнитных кристаллах.
http://www.kapitza.ras.ru/rgroups/esrgroup/Welcome.html
smirnov@kapitza.ras.ru
Tel. 1370998
http://www.kapitza.ras.ru/rgroups/esrgroup/Welcome.html
smirnov@kapitza.ras.ru
Tel. 1370998
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
18
Размер файла
10 287 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа