【摘要】：近些年,人們相繼發(fā)現很多磁性材料在低溫下表現出異于高溫區(qū)的特殊磁學性質。當一種磁學系統(tǒng)中內部交換作用無法兼顧其晶格排列而使系統(tǒng)能量達到最低的現象稱為阻挫效應。幾何阻挫的存在無法使系統(tǒng)處于某一穩(wěn)定的基態(tài)上,在低溫下表現出復雜和奇特的物理性質,比如在Ca3Co2O6中出現多級磁化平臺行為。雖然這種磁化平臺行為已經被很多科學家發(fā)現,但是對于產生這種現象的微觀機制仍然沒有統(tǒng)一的解釋。本文采用蒙特卡洛模擬方法,研究具有阻挫效應的三維堆砌三角晶格結構的伊辛模型。通過分析體系中自旋在外磁場中的穩(wěn)定性和自旋能量分布等行為,闡明帶有阻挫效應的系統(tǒng)的低溫磁化行為及其產生機制。最終,將宏觀磁化行為與微觀自旋構型一一對應,給出了宏觀行為的微觀本質。本論文主要進行如下幾方面的研究：研究了鐵磁性層間耦合作用下雙層膜體系的磁化曲線。發(fā)現在磁化過程中磁化強度表現出三個磁化平臺和兩個磁滯行為,磁滯回線的寬度相等,并與層間交換作用大小成正比。通過分析體系中自旋的微觀構型,發(fā)現由于層內交換耦合為反鐵磁性,首先出現的是向下自旋被周圍6個向上自旋圍繞的磁有序構型。在進一步減小場強的情況下,層內反鐵磁性耦合越來越起作用,最終形成向下與向上自旋相等的磁有序構型,從而造成對應的磁化平臺出現。經過對自旋按照其自身交換能大小進行分類,發(fā)現向上自旋與向下自旋數目以3：1的比例同時反轉,并且向下自旋變化數所占的比例剛好是歸一化磁化強度值在兩個平臺間變化值的一半。當層間耦合與層內耦合大小相等時,磁化曲線表現出三個未閉合的磁滯回線和凈磁矩,對應磁化平臺的磁化強度值也不再是簡單的整比例數,所獲得的理論結果與實驗現象一致。研究了反鐵磁性層間耦合作用下雙層膜體系的磁化曲線。發(fā)現磁化過程中磁化強度也會表現出三個平臺,但無磁滯行為。平臺間的反轉場值與層間耦合值成正比。通過對體系內平臺變化前后的自旋構型的演變結果分析,發(fā)現自旋是以錯層的形式存在,同時在層內形成一個向下自旋由6個向上自旋包圍的構型,導致形成的磁化平臺值與鐵磁性層間耦合的結果一樣。當繼續(xù)減小外磁場時,也會形成向下自旋鏈,最終使得總的自旋值正反抵消,不存在凈磁矩。從微觀角度分析發(fā)現,向上自旋與向下自旋是以2：1的數目比例變化,且歸一化平臺變化值與向下自旋數目變化比重比例為2：1。當層間耦合值與層內耦合值大小相等時,磁化曲線表現出兩個閉合的磁滯回線,而且磁化平臺上的磁化強度值也不是簡單的整數比例。另外,鐵磁性層間耦合作用下的多層體系的磁化曲線以及微觀自旋構型與雙層體系的磁化曲線以及微觀自旋構型結果一致。
【圖文】：

根據廣義梯度近似（ＧＧＡ）的密度泛函理論，擬采用第一性計算，科學家們從逡逑非共軸的磁性結構出發(fā)，送樣得到了自旋阻挫反鐵磁ＹＭｎ0３的磁性Ｗ及電子結構逡逑（如圖１．４）。逡逑。５�！义希赍濉� —＂邋一￣￣￣￣￣￣￣Ｉ邋0、逡逑媒邋？邐？邋Ｃ邋）逡逑ｆ？＜Ｓ３＜ｃｍ邐ＶＩ邋Ｙ２邋Ｍｎ邋Ｏ逡逑圖１．４ＹＭｎ0３的晶體結構圖逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＹＭｎＯａ逡逑通過科研人員的計算，發(fā)現費米面周圍的基態(tài)能隙越來越大，＾＾３＾／和０２ｐ逡逑態(tài)的電子雜化減弱，Ｍｎ離子的磁矩增加到３．９２／ｅ。由于自旋阻挫和電子強關聯的逡逑綜合作用，，Ｍｎ３＾／和０２／７的電子態(tài)密度分布其實發(fā)生了不少變動�？茖W家們采用逡逑密度矩陣重整化群的方法探究磁性阻挫對自旋為Ｓ邋＝邋１／２準一維反鐵磁自旋鏈，發(fā)逡逑現它對亞鐵磁性的海森堡系統(tǒng)基態(tài)的影響，表明這種海森堡自旋系統(tǒng)的基態(tài)隨著逡逑阻挫的X椙炕崠喲龐行螄啾浠轎扌螄�，并且伴随讙佋旋能隙的臭溹崿量子相变辶x系鬮范ㄖ��？蒲Ъ頤俏吮苊飭孔用商乜宸椒ǎǎ眩停閻械母悍嘔捌淥藉義戲ㄖ兄荒艽磧邢薷竦愕奈侍�，采取了密度矩栈e卣悍椒ǎǎ模停遙跡常庵址藉義戲芄淮磣家晃鴕晃孔幼孕低場Ｓ桑祝瑁椋簦宓熱朔⒄溝拿芏染卣籩卣哄義系姆椒ㄊ譴硪晃妥家晃孔幼孕低車囊恢趾芎玫姆椒

本文編號：2561851