反铁磁体的手征和拓扑性质的研究
发布时间：2022-08-12 09:05
21世纪是微纳电子器件快速发展的时代,数据量的加速膨胀对磁存储更快速、更稳定、更小型化的技术要求越来越高。传统铁磁性材料的弊端也就愈发地突出,比如存储数据丢失、效率低、能耗大等等。而反铁磁材料由于对外磁场的非敏感性、抗干扰能力强、以及动力学转换速度快等众多的优点和奇特的物理性质将有望带来更稳定、更高速和更节能的存储性能,改变数据存储的方式。对反铁磁自旋电子学的相关基本物理性质的研究将有助于我们进一步理解反铁磁体作为信息载体材料的优缺点。根据Marshall定理,反铁磁的基态一定是自旋单态,然而这一性质却不能唯一的确定系统的基态,有些态虽满足该定理但却显然不是体系的基态,因此反铁磁基态的确定仍然是量子磁性面临的基本问题。特别在低维反铁磁系统中,由于非常强的量子涨落,经典描述基本失效,体系常常伴随着量子相变、磁激发、自旋能隙的产生。当系统存在阻挫磁性相互作用、自旋轨道耦合相互作用或者外场扰动时,体系会出现一些隐藏的多自旋有序态,例如:自旋液体态、价键固体态、自旋手征态等等。其中自旋手征由于一些特殊的物理性质而备受关注:首先,矢量自旋手征可以直接和电场耦合,因此可以通过外电场来控制自旋手征态...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 反铁磁
1.2 低维反铁磁的基态
1.3 阻挫和自旋手征的产生
1.3.1 对称且各向同性的海森堡交换模型
1.3.2 非对称的Dzyaloshinsky-Moriya相互作用
1.3.3 非对称相互作用下的一维反铁磁链
1.3.4 非对称相互作用下的二维反铁磁kagome晶格
1.4 拓扑
1.5 研究内容
1.6 研究动机
第二章 对称性破缺的低维反铁磁海森堡模型
2.1 经典结果
2.1.1 一维反铁磁链中的矢量手征
2.1.2 kagome模型中的标量手征
2.2 DM相互作用下的一维反铁磁链的本征态
2.2.1 对称性破缺的最近邻海森堡模型
2.2.2 对称性破缺的阻挫反铁磁海森堡模型
2.3 量子结果
2.3.1 自旋-1/2交换各向异性XXZ链
2.3.2 DM相互作用的自旋-1/2各向同性XX反铁磁链
2.3.3 DM相互作用的自旋-1/2XXZ反铁磁链
2.3.4 DM相互作用的自旋-1/2XXZ阻挫反铁磁链
2.4 结论与展望
第三章 自旋-声子耦合环境中的Vector spin-chirality性质
3.1 自旋轨道耦合相互作用的一维链模型
3.1.1 交换伸缩机制
3.1.2 DM耦合机制
3.1.3 声子环境
3.1.4 自旋-声子耦合
3.2 系统的动力学演化过程(J_z=0)
3.2.1 自旋-手征束缚态的形成
3.2.2 自旋手征的动力学方程
3.2.3 分析讨论
3.3 系统的动力学演化过程(J_z=0)
3.3.1 动力学方程
3.3.2 结果与分析
3.4 朗道-基纳理论
3.4.1 朗道-基纳理论的提出
3.4.2 外场驱动的二能级系统
3.4.3 朗道-基纳分析与讨论
3.4.4 态密度
3.5 结论与展望
第四章 kagome晶格的畸变
4.1 二维反铁磁kagome晶格结构和基态性质
4.1.1 自旋液体与共价键理论
4.1.2 实验上ZnCu_3(OH)_6Cl_2的结论
4.2 三种类型kagome畸变
4.2.1 基本模型和键算符理论
4.3 Lanczos算法下的数值计算结果
4.3.1 Lanczos算法
4.3.2 自旋S=1/2的结果
4.3.3 自旋S=1的结果
4.4 结论与展望
第五章 kagome晶格中的Scalar spin chirality性质
5.1 kagome晶格中的手征和拓扑关系
5.1.1 反铁磁kagome系统的自旋海森堡模型
5.1.2 Berry曲率
5.1.3 kagome晶格中标量自旋手征对拓扑性质的影响
5.2 kagome晶格中磁振子的热霍尔效应
5.3 kagome晶格中自旋-声子耦合模型
5.3.1 费米-声子耦合系统
5.3.2 声子对费米系统的能量修正
5.3.3 自旋手征
5.3.4 态密度
5.4 自旋-声子耦合系统的霍尔电导
5.5 结论与展望
第六章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
参与的科研项目
致谢
本文编号：3675595
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 反铁磁
1.2 低维反铁磁的基态
1.3 阻挫和自旋手征的产生
1.3.1 对称且各向同性的海森堡交换模型
1.3.2 非对称的Dzyaloshinsky-Moriya相互作用
1.3.3 非对称相互作用下的一维反铁磁链
1.3.4 非对称相互作用下的二维反铁磁kagome晶格
1.4 拓扑
1.5 研究内容
1.6 研究动机
第二章 对称性破缺的低维反铁磁海森堡模型
2.1 经典结果
2.1.1 一维反铁磁链中的矢量手征
2.1.2 kagome模型中的标量手征
2.2 DM相互作用下的一维反铁磁链的本征态
2.2.1 对称性破缺的最近邻海森堡模型
2.2.2 对称性破缺的阻挫反铁磁海森堡模型
2.3 量子结果
2.3.1 自旋-1/2交换各向异性XXZ链
2.3.2 DM相互作用的自旋-1/2各向同性XX反铁磁链
2.3.3 DM相互作用的自旋-1/2XXZ反铁磁链
2.3.4 DM相互作用的自旋-1/2XXZ阻挫反铁磁链
2.4 结论与展望
第三章 自旋-声子耦合环境中的Vector spin-chirality性质
3.1 自旋轨道耦合相互作用的一维链模型
3.1.1 交换伸缩机制
3.1.2 DM耦合机制
3.1.3 声子环境
3.1.4 自旋-声子耦合
3.2 系统的动力学演化过程(J_z=0)
3.2.1 自旋-手征束缚态的形成
3.2.2 自旋手征的动力学方程
3.2.3 分析讨论
3.3 系统的动力学演化过程(J_z=0)
3.3.1 动力学方程
3.3.2 结果与分析
3.4 朗道-基纳理论
3.4.1 朗道-基纳理论的提出
3.4.2 外场驱动的二能级系统
3.4.3 朗道-基纳分析与讨论
3.4.4 态密度
3.5 结论与展望
第四章 kagome晶格的畸变
4.1 二维反铁磁kagome晶格结构和基态性质
4.1.1 自旋液体与共价键理论
4.1.2 实验上ZnCu_3(OH)_6Cl_2的结论
4.2 三种类型kagome畸变
4.2.1 基本模型和键算符理论
4.3 Lanczos算法下的数值计算结果
4.3.1 Lanczos算法
4.3.2 自旋S=1/2的结果
4.3.3 自旋S=1的结果
4.4 结论与展望
第五章 kagome晶格中的Scalar spin chirality性质
5.1 kagome晶格中的手征和拓扑关系
5.1.1 反铁磁kagome系统的自旋海森堡模型
5.1.2 Berry曲率
5.1.3 kagome晶格中标量自旋手征对拓扑性质的影响
5.2 kagome晶格中磁振子的热霍尔效应
5.3 kagome晶格中自旋-声子耦合模型
5.3.1 费米-声子耦合系统
5.3.2 声子对费米系统的能量修正
5.3.3 自旋手征
5.3.4 态密度
5.4 自旋-声子耦合系统的霍尔电导
5.5 结论与展望
第六章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
参与的科研项目
致谢
本文编号：3675595
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