1 / 50

Новые магнитные состояния в кристаллах

Новые магнитные состояния в кристаллах. А.И.Смирнов. Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН. МФТИ 3 марта 2006. Ферромагнетики и антиферромагнетики. 2. Квантово - разупорядоченные основные состояния магнитных кристаллов Квазиодномерные, димерные и фрустрированные магнетики.

leon
Download Presentation

Новые магнитные состояния в кристаллах

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Новые магнитные состояния в кристаллах А.И.Смирнов Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН МФТИ 3 марта 2006

  2. Ферромагнетики и антиферромагнетики 2. Квантово-разупорядоченные основныесостояния магнитныхкристаллов Квазиодномерные, димерные и фрустрированные магнетики 3. фрустрированные магнетики

  3. Антиферромагнетик Компас Трансформатор Устройства памяти Ферромагнетик =2a(293K)

  4. Температурная зависимость восприимчивости антиферромагнетика MnF2

  5. Гейзенберговский обмен и проблема основного состояния антиферромагнетиков H =SJi,i+1 SiS i+1 H = Ji,i+1S[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

  6. НЕТ порядка в одномерных АФМ спиновых цепочках даже при T=0 Вклад спиновых волн в полную энергию и угол отклонения параметра порядка : E ~ (grad Q)2 ~ k2Q 2 ~ eknk wk = ak Q 2 ~ eknk/k2 ~nk/k ~1/k T=0 nk=1/2 q 2dk ~ dM ~ dk/k k k

  7. 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

  8. CuCl2 *2N(C5H5) KCuF3

  9. Восприимчивость спиновых цепочек (бензоат меди) АНТИФЕРРОМАГНЕТИК

  10. Нейтронный спектрометр NIST Детектор n2 Реактор Спиновое возбуждение n1

  11. Теория (численный эксперимент) Классическая цепочка Спектр цепочки спинов ½. С.Мешков 1993

  12. Эксперимент (рассеяние нейтронов) Спектр возбуждений в CuCl2 *2N(C5H5) Endoh et al PRL1974

  13. Эксперимент (рассеяние нейтронов) Теория (численный эксперимент) Спектр возбуждений в KCuF3 D. Tennant et al 2000

  14. Щелевые и бесщелевые состояния спиновых цепочек S=1/2 Димеризованые спиновые цепочки в кристалле спиновые цепочки в кристаллах Спин-пайерлсов- ский переход a GAPLESS SPIN-GAP <Sz>=0 x = <Sz>=0 x = v/D 8

  15. Восприимчивость спин-пайерлсовского магнетика Hase et al PRL 1993

  16. Халдейновские спиновые цепочки S=1 | g.s.> = i0hihi0hihh0ihih0ihihihih + … <S> = 0 z x ~ 7 D = 0.41J Спиновая щель: H c T J J

  17. Structure and susceptibility of a Haldane magnet (Pb2+) Uchiyama et al PRL 1999

  18. Димерные системы Восприимчивость Структура Спектр возбуждений Спиновая щель

  19. Квантовые жидкости: • Бесщелевые - цепочка спинов S=1/2 • Спин-щелевые – • цепочка спинов S=1, • димеризованная цепочка спинов S=1/2 • димерные сетки

  20. E S=1, Sz=1 S=1, Sz=0 S=0 S=1, Sz=-1 Hc H Как все-таки перевести квантовую спиновую жидкость в упорядоченное состояние? Квантовые фазовые переходы Способ 1: закрыть спиновую щель сильным магнитным полем TlCuCl3 Glazkov et al 2003

  21. Индуцированный магнитным полем (!!??) антиферромагнитныйпорядок в TlCuCl3

  22. 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)

  23. ) x / r - ( p x e ~ e p o l e v n e s n i p S - - - - - - + + + + + + Локальный АФМ порядок Спиновая вакансия - - - - - - + + + + + - - - - + + + + + + - - - - - + + + + + Спиновые кластеры и индуцированный примесями АФМ порядок Распространения магнитного порядка на весь образец при перекрытии Областей локального порядка и за счет межцепочечного обмена +

  24. 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

  25. 26.3 GHz ESR CuGeO3+2.88% Mg Сосуществование сигналов парамагнитного и антиферро-магнитного резонанса Glazkov, Smirnov et al PRB 2002

  26. 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

  27. Моделирование упорядочения, стимулированного примесями Острова порядка в море беспорядка Перколяция порядка через море беспорядка Glazkov et al PRB 2002

  28. Теория (численный эксперимент) стимулированного примесями (!!!???) магнитного упорядочения в спин-щелевом магнетике Yasuda et al PRB 2001

  29. Фрустрированные магнитные системы: спины на треугольной решетке.

  30. S1 S2 S3

  31. Сильно фрустрированный антиферромагнетик на решетке пирохлорного типа

  32. А может, на базу сходить? ФИЗКУЛЬТУРА ИНФОРМАТИКА Матан ФИЗИКА Англ.яз Make money ФРУСТРАЦИЯ В ЖИЗНИ

  33. Фрустрированный магнетик: Спиновая жидкость при T=0 (!!!???) T, K

  34. Macroscopic amount of degenerate states with minimum energy. J>0 The rotation of spins at eachhexagon by an arbitrary angle does not break the condition S=0at each tetrahedron, with no change of the total energy Minimum energy atS=0 No order until low temperatures: T<< TCW

  35. Фрустрированный магнетик: Энтропия, невымерзающая при абсолютном нуле (!!!???) Магнитное охлаждение при низких температурах при адиабатическом размагничивании Теория

  36. H Test for the degenerate modes by the Experiment on adiabatic demagnetization thermometer sample charcoal cryopump with a heater vacuum/ exchange gas

  37. Эксперимент: В стадии выполнения

  38. Quasi-adiabatic demagnetization H || (111) plane Overall heat leaks 310-7Вт Solid lines are MC-simulations Sosin et al PRB 2005

  39. J>0 Minimum energy atS=0 No order until low temperatures: T<< TCW

  40. Temperature evolution of magnetic resonance lines Sosin et al unpublished

  41. J.R. Stewart et al JPCM 2004 Spin structures suggested for the ordered phase of Gd2Ti2O7

  42. 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

  43. http://www.kapitza.ras.ru/rgroups/esrgroup/Welcome.html smirnov@kapitza.ras.ru Tel. 1370998

More Related