低维自旋阻挫体系磁化过程中的微观状态变化模拟研究
发布时间：2019-11-16 13:00
【摘要】：近些年,人们相继发现很多磁性材料在低温下表现出异于高温区的特殊磁学性质。当一种磁学系统中内部交换作用无法兼顾其晶格排列而使系统能量达到最低的现象称为阻挫效应。几何阻挫的存在无法使系统处于某一稳定的基态上,在低温下表现出复杂和奇特的物理性质,比如在Ca3Co2O6中出现多级磁化平台行为。虽然这种磁化平台行为已经被很多科学家发现,但是对于产生这种现象的微观机制仍然没有统一的解释。本文采用蒙特卡洛模拟方法,研究具有阻挫效应的三维堆砌三角晶格结构的伊辛模型。通过分析体系中自旋在外磁场中的稳定性和自旋能量分布等行为,阐明带有阻挫效应的系统的低温磁化行为及其产生机制。最终,将宏观磁化行为与微观自旋构型一一对应,给出了宏观行为的微观本质。本论文主要进行如下几方面的研究：研究了铁磁性层间耦合作用下双层膜体系的磁化曲线。发现在磁化过程中磁化强度表现出三个磁化平台和两个磁滞行为,磁滞回线的宽度相等,并与层间交换作用大小成正比。通过分析体系中自旋的微观构型,发现由于层内交换耦合为反铁磁性,首先出现的是向下自旋被周围6个向上自旋围绕的磁有序构型。在进一步减小场强的情况下,层内反铁磁性耦合越来越起作用,最终形成向下与向上自旋相等的磁有序构型,从而造成对应的磁化平台出现。经过对自旋按照其自身交换能大小进行分类,发现向上自旋与向下自旋数目以3：1的比例同时反转,并且向下自旋变化数所占的比例刚好是归一化磁化强度值在两个平台间变化值的一半。当层间耦合与层内耦合大小相等时,磁化曲线表现出三个未闭合的磁滞回线和净磁矩,对应磁化平台的磁化强度值也不再是简单的整比例数,所获得的理论结果与实验现象一致。研究了反铁磁性层间耦合作用下双层膜体系的磁化曲线。发现磁化过程中磁化强度也会表现出三个平台,但无磁滞行为。平台间的反转场值与层间耦合值成正比。通过对体系内平台变化前后的自旋构型的演变结果分析,发现自旋是以错层的形式存在,同时在层内形成一个向下自旋由6个向上自旋包围的构型,导致形成的磁化平台值与铁磁性层间耦合的结果一样。当继续减小外磁场时,也会形成向下自旋链,最终使得总的自旋值正反抵消,不存在净磁矩。从微观角度分析发现,向上自旋与向下自旋是以2：1的数目比例变化,且归一化平台变化值与向下自旋数目变化比重比例为2：1。当层间耦合值与层内耦合值大小相等时,磁化曲线表现出两个闭合的磁滞回线,而且磁化平台上的磁化强度值也不是简单的整数比例。另外,铁磁性层间耦合作用下的多层体系的磁化曲线以及微观自旋构型与双层体系的磁化曲线以及微观自旋构型结果一致。
【图文】：
根据广义梯度近似（ＧＧＡ）的密度泛函理论，拟采用第一性计算，科学家们从逡逑非共轴的磁性结构出发，送样得到了自旋阻挫反铁磁ＹＭｎ0３的磁性Ｗ及电子结构逡逑（如图１．４）。逡逑。５。—逡逑ｊ邋… —＂邋一￣￣￣￣￣￣￣Ｉ邋0、逡逑媒邋？逦？邋Ｃ邋）逡逑ｆ？＜Ｓ３＜ｃｍ逦ＶＩ邋Ｙ２邋Ｍｎ邋Ｏ逡逑图１．４ＹＭｎ0３的晶体结构图逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＹＭｎＯａ逡逑通过科研人员的计算，发现费米面周围的基态能隙越来越大，＾＾３＾／和０２ｐ逡逑态的电子杂化减弱，Ｍｎ离子的磁矩增加到３．９２／ｅ。由于自旋阻挫和电子强关联的逡逑综合作用，，Ｍｎ３＾／和０２／７的电子态密度分布其实发生了不少变动。科学家们采用逡逑密度矩阵重整化群的方法探究磁性阻挫对自旋为Ｓ邋＝邋１／２准一维反铁磁自旋链，发逡逑现它对亚铁磁性的海森堡系统基态的影响，表明这种海森堡自旋系统的基态随着逡逑阻挫的X椙炕岽哟庞行蛳啾浠轿扌蛳啵⑶野樗孀抛孕芟兜某鱿郑孔酉啾溴义系阄范ㄖ怠？蒲Ъ颐俏吮苊饬孔用商乜宸椒ǎǎ眩停阎械母悍呕捌渌藉义戏ㄖ兄荒艽碛邢薷竦愕奈侍猓扇×嗣芏染卣笾卣悍椒ǎǎ模停遥迹常庵址藉义戏芄淮碜家晃鸵晃孔幼孕低场Ｓ桑祝瑁椋簦宓热朔⒄沟拿芏染卣笾卣哄义系姆椒ㄊ谴硪晃妥家晃孔幼孕低车囊恢趾芎玫姆椒
本文编号：2561851
【图文】：
根据广义梯度近似（ＧＧＡ）的密度泛函理论，拟采用第一性计算，科学家们从逡逑非共轴的磁性结构出发，送样得到了自旋阻挫反铁磁ＹＭｎ0３的磁性Ｗ及电子结构逡逑（如图１．４）。逡逑。５。—逡逑ｊ邋… —＂邋一￣￣￣￣￣￣￣Ｉ邋0、逡逑媒邋？逦？邋Ｃ邋）逡逑ｆ？＜Ｓ３＜ｃｍ逦ＶＩ邋Ｙ２邋Ｍｎ邋Ｏ逡逑图１．４ＹＭｎ0３的晶体结构图逡逑Ｆｉｇ．１．４邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＹＭｎＯａ逡逑通过科研人员的计算，发现费米面周围的基态能隙越来越大，＾＾３＾／和０２ｐ逡逑态的电子杂化减弱，Ｍｎ离子的磁矩增加到３．９２／ｅ。由于自旋阻挫和电子强关联的逡逑综合作用，，Ｍｎ３＾／和０２／７的电子态密度分布其实发生了不少变动。科学家们采用逡逑密度矩阵重整化群的方法探究磁性阻挫对自旋为Ｓ邋＝邋１／２准一维反铁磁自旋链，发逡逑现它对亚铁磁性的海森堡系统基态的影响，表明这种海森堡自旋系统的基态随着逡逑阻挫的X椙炕岽哟庞行蛳啾浠轿扌蛳啵⑶野樗孀抛孕芟兜某鱿郑孔酉啾溴义系阄范ㄖ怠？蒲Ъ颐俏吮苊饬孔用商乜宸椒ǎǎ眩停阎械母悍呕捌渌藉义戏ㄖ兄荒艽碛邢薷竦愕奈侍猓扇×嗣芏染卣笾卣悍椒ǎǎ模停遥迹常庵址藉义戏芄淮碜家晃鸵晃孔幼孕低场Ｓ桑祝瑁椋簦宓热朔⒄沟拿芏染卣笾卣哄义系姆椒ㄊ谴硪晃妥家晃孔幼孕低车囊恢趾芎玫姆椒
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