Главная » 2014 » Июль » 18 » Скачать Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем. Мищенко, бесплатно
00:24
Скачать Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем. Мищенко, бесплатно
Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем
Диссертация
Автор: Мищенко, Александр Сергеевич
Название: Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем
Справка: Мищенко, Александр Сергеевич. Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.11 / Мищенко Александр Сергеевич; [Место защиты: Московский государственный университет] - Москва, 2006 - Количество страниц: 101 с. 34 ил. Москва, 2006 135 c. :
Объем: 135 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§11 Высокосимметричная молекула Fe3o
§12 Молекулярный магнит Мп^Ас
§13 Наноразмерные таутомеры кобальта
§14 Описание комплексов Со, используемых в эксперименте
§15 Основные характеристики металлического Се и его зонная структура
§16 Описание мегагауссной методики измерения магнитной восприимчивости, особенности планирования экспериментов
ГЛАВА 2 МАГНИТОИНДУЦИРОВАННЫИ СПИНОВЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД В МАГНИТНОМ ОКТУПОЛЕ Fe
§21 Общие понятия мультипольного разложения
§22 Магнитное мультипольное разложение
§23 «Деоктополизация» во внешнем магнитном поле
§24 Заключение по главе
ГЛАВА 3 МАГНИТОИНДУЦИРОВАННЫИ а- у ПЕРЕХОД В МЕТТАЛИЧЕСКОМ Се
§31 Предварительные оценки
§32 Рассмотрение случая нулевой температуры
§33 Рассмотрение случая конечных температур
§34 Заключение по главе
ГЛАВА 4 МАГНИТОИНДУЦИРОВАННЫИ СПИНОВЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД В КОМПЛЕКСЕ Со
§41 Предэкспериментальный рассчет
§42 Обоснование используемой модели свободных моментов по микроскопической теории
§43 Результаты экспериментов
§44 Интерпретация экспериментальных результатов
§44 Заключение по главе
Введение:
В последнее время наноразмерные магнитные материалы привлекают значительный интерес как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Действительно, так называемые мезоскопические молекулы или молекулярные магниты являются связующим звеном между объектами с сильно выраженными квантовыми свойствами и объектами, которые можно описать классическими методами. Примером является квантовое туннелирование молекулы Mni2Ac из одного магнитного состояния в другое, сопровождающееся характерными ступеньками на зависимости намагниченности от магнитного поля. Наличие нескольких квантовых состояний, которые можно фиксировать при определенных условиях и переходы между которыми можно индуцировать приложением определенного магнитного поля, открывает новые возможности для построения так называемых «квантовых компьютеров». Их принцип действия основан уже не на общепринятой в компьютерной индустрии бинарной логике, а на более комплексных квантовых законах, что в принципе позволяет на порядки увеличить вычислительную мощность компьютерных систем. С другой стороны, чрезвычайно актуальной на сегодняшний день является задача повышения плотности магнитной записи информации и скорости ее считывания без потери надежности. До настоящего времени так называемый закон Мура, предсказывающий удвоение числа транзисторов на один коммерчески доступный процессор каждые 18 месяцев (вместе с этим и удвоение емкости модулей магнитной памяти), осуществлялся только за счет масштабирования уже существующих систем. Однако размер одного бита информации в современных компьютерах уже подходит к так называемому * • антиферромагнитному пределу, обусловленному потерей исходного состояния намагниченности ввиду температурных флуктуации. Очевидно, что этот барьер уже не преодолеть просто масштабированием и требуются новые подходы к созданию элементов магнитной памяти. Другим важным направлением исследований в области памяти является технология MRAM (magnetic random access memory). Конечной целью является создение магнитной памяти быстрого доступа, которая заменила бы текущие аналоги, работающие на транзисторах.Это позволило бы, к примеру, не ждать загрузки компьютера при включении, а начинать работу сразу с того места, когда он был выключен, а также не тратить энергию на поддержание состояния транзисторов при работе компьютера в «спящем» режиме. Перспективным направлением является также и так называемая методика магиитокалорического охлаждения. Этот метод охлаждения имеет ряд преимуществ над общепринятыми системами: он не нуждается в использовании токсичных веществ, и потменицаоно имеет большую эффективность.Настоящая диссертация посвящена исследованию магнитоиндуцированных фазовых переходов в наноразмерных материалах.Объектами исследования являются молекулярные магниты Безо, Мп^Ас, наноразмерный комплекс Со, а также металличестий Се, математическое описание которого имеет много общего с задачей о Со.В данной работе впервые было применено мультипольное разложение для описания магнитных свойств мезоскопических магнитов (глава 2). В частности, идентифицирован первый объект, состояние которого характеризуется его октупольным магнитным моментом - молекула Fe3o- Было предсказано аномальное поведение компонент октунольного момента в магнитных полях, при которых намагниченность молекулы не имеет никаких особенностей. Предложена методика эксперимента по измерению компонент октуполыюго момента в сильных магнитных полях. Обоснованность применению классической модели антиферромагнитно взаимодействующих магнитных моментов обсуждается в приложении, что вообще говоря является побочным результатом исследования магнитокалорических свойств молекулы Mtii 2Ас, окоторых упоминается ниже.Построена теория магнитоиндуцированного спинового фазового перехода в металлическом Се при нулевой и конечной температурах (глава 3).Модель основана на гамильтониане Андерсона с учетом взаимодействия Фаликова - Кимбала. Никаких подгоночных параметров использовано не было.Получен ряд важных характеристик перехода: фазовая диаграмма в плоскости магнитное поле - температура, зависимсоть намагниченности от магнитного поля и температруы, скачок намагниченности. Полученные результаты находятся в хорошем соответствии с имеющимися в литературе данными по металлическому Се и близким соединениям. На основании этих даных принято решение о проведении эксперимента в сверхсильных магнитных полях во ВНИИЭФ г. Саров. Построенная модель будет далее использована для описания фазового перехода в комплексе Со.В главе 4 описана теория магнитоиндуцированного спинового фазового перехода в наноразмерном комплексе Со. Определены критические поля для различных типов лигандов, построена фазовая диаграмма в плоскости магнитное поле - температура, построены зависимости намагниченности комплекса Со от магнитного поля и температуры. Была построена микроскопическая модель на основе гамильтониана Андерсона с учетом фактора Франка - Кондона. На основе этих результатов был иницирован эксперимент по исследованию магнитной восприимчивости комплекса Со в сверхсильных магнитных полях во ВНИИЭФ г. Саров, образцы были приготовлены в Институте металлоорганической химии в г. Нижний Новгород.В результате эксперимента была обнаружена аномалия в критическом поле, находящемся в районе предсказанных ранее значений. Экспериментально полученная кривая восприимчивости была интерпретирована в рамках предложенных ранее моделей. Также были получены важные характеристики фазового перехода - скачок хэнтропии при переходе и разница энергий основного состояния высокоспиновой и низкоспиновой фаз. Использованный теоретический подход может быть применен к исследованию широкого класса магнитных материалов, испытывающих фазовые переходы, индуцированные магнитным полем.В приложении приведена сводка результатов исследования магнитных и магнитотепловых свойств молекулярного магнита Мп^Ас. В частности, была оценена величина скачка энтропии при изменении магнитного поля при различных температурах, а также оценена перспективность использование материалов на основе высокоспиновых магнитных молекул в качестве рабочего материала для систем магнитного охлаждения. Попутно было выяснено, что применение аппарата классической статистической физики к высокоспиновым молекулам при конечных температурах дает результат, аналогичный квантовым моделям. Таким образом к рассчету магнитных свойств молекулы Fe3o в главе 2 была применена классическая модель.Найденные в представляемой работе закономерности позволяют глубже понять природу происходящих в наноразмерных материалах явлений, и являются еще одним шагом на пути создания материалов с заданными свойствами.Важно отметить, что на кафедре общей физики и магнитоупорядоченных сред изучение магнитных и магнитотепловых свойств широкого спектра магнитных материалов ведется долгое время начиная с пионерских работ К.П.Белова [1 - 5].На защиту выносятся следующие положения: 1. Теоретическое исследование спиновых фазовых переходов в молекулярных магнитах методом мультипольного разложения: - обнаружен первый объект, магнитное состояние которого характеризуется октупольным магнитным моментом-высокосимметричная молекула Fe3o; - аномальное поведение компонент октупольного момента молекулы Fe3o, критические значения магнитных полей.2. Теория спиновых фазовых переходов, индуцированных сильным магнитным полем в широком интервале температур в материалах с нестабильной валентностью на основе гамильтониана Андерсона с учетом взаимодействия Фаликова - Кимбала на примере а— /перехода в металлическом Се, в том числе: - зависимость числа магнитных электронов на один ион Се от магнитного поля и температуры, влияние на переход величины гибридизационного параметра; - зависимость намагниченности от магнитного поля и температуры, величина скачка намагниченности при фазовом переходе; - фазовая диаграмма металлического Се в переменных магнитное поле -температура.3. Теория спиновых фазовых переходов в наноразмерном комплексе Со в рамках модели свободных магнитных моментов. - значения критических магнитных полей перехода при температуре Т = 4.2 К для комплексов с различными типами лигандов; - зависимость намагниченности от магнитного поля при различных температурах для систем с различными лигандами; - величина скачков намагниченности комплекса Со для различного типа лигандов, предварительная рекомендация к проведению эксперимента в мегагауссных полях.4. Модель спинового фазового перехода в комплексе Со, построенная на микроскопической теории. За основу взят Андерсоновский гамильтониан примесной модели метала с учетом фактора Франка - Кондона: - критическое значение магнитного поля индуцированного магнитным полем фазового перехода для Т= 4.2 К; - сопоставление результатов микроскопической теории и теории на основе свободных магнитных моментов, окончательная рекомендация к осуществлению мегагауссного эксперимента на комплексе Со.5. Интерпретация полученных экспериментальных результатов, в том числе: - модификация модели свободных магнитных моментов для учета особенностей комплексов Со, фактически используемых в экспериментах; - оценка величины скачка энтропии при магнитоиндуцировашюм фазовом переходе в комплексе, изменения энергии основного состояния высокоспиновой и низкоспиновой фаз.6. Разработка теоретических основ рабочего тела магнитного рефрижератора на основе высокоспиновых молекулярных магнитов МпоАс: - оценка величины скачка энтропии при изменении приложенного магнитного поля, - оценка перспективности новых мезоскопических магнитных материалов с большим значением спина, - сравнение классической и квантовой моделей вычисления магнитных и магнитотепловых свойств молекул с большим спином.
