Ближний и дальний магнитный порядок в пироксенах: (Li, Na) M (Si, Ge) 2O6 (M=Sc, Ti, V, Cr)
Диссертация
В каком-то смысле идеология спин-пайерлсовских магнетиков близка к идеологии сверхпроводящих материалов. Куперовские пары в сверхпроводниках образуются в пространстве импульсов, а димеры в спин-пайерлсовских магнетиках — в реальном пространстве. Несмотря на то, что эти пространства обратны друг другу, в поведении спин-пайерлсовских магнетиков и сверхпроводников второго рода прослеживается… Читать ещё >
Содержание
- И> ВВЕДЕНИЕ
- ГЛАВА 1. КВАЗИОДНОМЕРНЫЕ МАГНЕТИКИ
- 1. 1. Обменное взаимодействие и квантовые модели Изинга,
- Гейзенберга, XY-модель для квазиодномерных систем
- 1. 1. Квантовая модель Изинга для квазиодномерных систем
- 1. 2. Квантовая модель Гейзенберга для квазиодномерных систем
- 1. 3. Учет взаимодействия между цепочками
- 1. 4. Примеры применимости модели Изинга
- 1. 2. Квазиодномерная цепочка со спином S =
- Щель Холдейна
- 1. 3. Квазиодномерная цепочка со спином S =1/
- Спин-Пайерлсовский переход
- 1. 4. Основное состояние LiVGe206 при низких температурах
- ГЛАВА 2. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ
- 2. 1. Методика измерения теплоемкости
- Квазиадиабатический микрокалориметр. ф
- 2. 2. Основные методы обработки теплоемкости
- ГЛАВА 3. МАГНИТНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА КВАЗИОДНОМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СО СТРУКТУРОЙ № ПИРОКСЕНА (Li, Na) M (Si, Ge)206 (М = Sc, Ti, V, Cr)
- 3. 1. Методика синтеза образцов и анализ структуры
- 3. 2. Теплоемкость немагнитных пироксенов (Li, Na) Sc (Si, Ge)
- 3. 3. Магнитные и тепловые свойства пироксенов
- Li, Na) V (Si, Ge)
- 3. 4. Магнитные и тепловые свойства пироксенов
- Li, Na) Cr (Si, Ge)
- 3. 5. Формирование спин-синглетного основного состояния в NaTiSi206 и LiTiSi206 .ПО
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- Ising Е. Beitrag zur theorie des ferromagnetismus// Z. flir Physik, 1925, v.31, pp.253−258.
- Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.
- Карлин Р. Магнетохимия. М.: Мир, 1998.
- Onsager L. Crystal Statistics. I. A Two-Dimensional Model with an Order-Disorder Transition// Phys. Rev., 1944, v.65, pp.117−149.
- Blote H.W.J and Huiskamp W.J. Heat capacity measurements on Rb3CoC15// Phys. Lett., 1969, v.29 A, pp.304−305.
- Fisher M.E. Perpendicular Susceptibility of the Ising Model// J. Math. Phys., 1963, v.4, pp. 124−135.
- Obokata T. and О guchi. T. О ne-dimensional I sing M odel w ith G eneral Spin// J. Phys. Soc. Japan, 1968, v.25, pp.322.
- O.Suzuki M., T sujiyama В. and К atsura S. О ne-dimensional I sing M odel with General Spin//J. Math. Phys, 1967, v.8, pp.124.
- Bonner J.C. and Fisher M.E. Linear Magnetic Chains with Anisotropic Coupling// Phys. Rev., 1964, v. 135, pp. A640-A658.
- Bloembergen P., Tan K.G., Lefevre F.H.J, and Bleyendaal, Proc. Int. Conf. Magn., Grenoble, 1970.
- Baker G.A. and Gaunt D.S. Ising-Model Critical Indices below the Critical Temperature// Phys. Rev., 1967, v. 155, pp.545−552.
- Baker G.A., Gilbert H.E., Eve J. and Rushbrooke G.S. High-Temperature Expansions for the Spin-½ Heisenberg Model// Phys. Rev., 1967, v. 164, pp.800−817.
- Domb С. and Miedema A.R. 1964, Progress in Low Temp. Phys., v.IV.
- Mermin N.D. and Wagner. Absence of Ferromagnetism or Antiferromagnetism in One- or Two-Dimensional Isotropic Heisenberg Models// Phys. Rev. Lett., 1966, v. 17, pp.1133−1136.
- Katsura S. Statistical Mechanics of the Anisotropic Linear Heisenberg Model// Phys. Rev., 1962, v. 127, pp. 1508−1518.
- Takeda K., Matsuura M., Matsukawa S., Ajiro Y. and Haseda Т., Proc. l2th Int. conf. Low temp. Phys, 1970, Kyoto, p.803.
- Achiwa N. Linear Antiferromagnetic Chains in Hexagonal ABCb-Tipe Compounds (A- Cs, or Rb, B- Cu, Ni, Co, or Fe)// J. Phys. Soc. Japan, 1969, v.27, pp.561−574.
- Steiner, M., 1971, Z. angew. Phys., v.32, p. l 16.
- Oguchi T. Exchange Interactions in Cu (NH3)4S04-H20// Phys. Rev., 1964, v.133, pp. A1098-A1099.
- Scalapino D.J., Imry Y., and Pincus P. Generalized Ginzburg-Landau theory of pseudo-one-dimensional systems// Phys. Rev. B, 1975, v. ll, pp.2042−2048.
- Schulz H.J. Dynamics of Coupled Quantum Spin Chains// Phys. Rev. Lett., 1996, v.77, pp.2790−2793.
- Steiner M., Villain J., Windsor C.G. Theoretical and experimental studies on one-dimensional magnetic systems// Adv. Phys., 1976, v.25, p.87.
- Lemmens P., G’untherodt G., Gros C. Magnetic light scattering in low-dimensional quantum spin systems// Physics Reports 2003, v.375, pp. l-103.
- Blote H.W.J. Magnetically linear and quadratic hexanitrocuprates// J. Appl. Phys., 1979, V.50, pp. 1825−1827.
- Haldane F.D.M. Nonlinear Field Theory of Large-Spin Heisenberg Antiferromagnets: Semiclassically Quantized Solitons of the One-Dimensional Easy-Axis Neel State// Phys. Rev. Lett., 1983, v.50, pp.1153−1156.
- Haldane F.D.M. Continuum dynamics of the 1-D Heisenberg antiferromagnet: Identification with the 0(3) nonlinear sigma model// Phys. Lett. A, 1983, v.93, pp.464−468.
- Bethe H.A. Ziir theorie der Metalle. I. Eigenwerte und Eigenfunktionen der linearen Atomkette// Z. fiir Physik, 1931, v.71, p.205.32.deJong L.J. Solitons in magnetic chains// J. Appl. Phys., 1982, v.53, pp.8018−8023.
- Steiner M. Neutron scattering in low-dimensional systems// Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1979, v. 14, pp. 142−151.
- Haldane F.D.M. 0(3) Nonlinear sigma Model and the Topological Distinction between Integer- and Half-Integer-Spin Antiferromagnets in Two Dimensions. Phys. Rev. Lett., 1988, v.61, pp. 1029−1032.
- Botet R., Jullien R., and Kolb M. Finite-size-scaling study of the spin-1 Heisenberg-Ising chain with uniaxial anisotropy// Phys. Rev. B, 1983, v.28, pp.3914—3921.
- Botet R. and Jullien R. Ground-state properties of a spin-1 antiferromagnetic chain// Phys. Rev. B, 1983, v.27, pp.613−615.
- Affleck I., Kennedy Т., Lieb E.H., and Tasaki H. Rigorous results on valence-bond ground states in antiferromagnets// Phys. Rev. Lett., 1987, v.59, pp.799−802.
- Majumdar C.K. and Gsosh D.K. Antiferromagnetic model with known ground state// Math. Phys., 1969, v. 10, pp.1399.
- Korenblit I.Ya. and Shender E.F. Diluted quasi-one-dimensional classical antiferromagnets// Phys. Rev. B, 1993, v.48, pp.9478−9486.
- Meisel M.W. End-Chain Spin Effects in Haldane Gap Materials// Invited paper at the 10th Czech and Slovak Conference on Magnetism, Kosice, Slovakia, 24−27 August 1998. Cond-mat/9 809 077, 1998.
- Kosevich Yu.A. and Chubukov A.V. Soc. Phys. JETP, 1986, v.64, p.654.
- Cox D.E. and Minkiewicz V.J. Magnetic Ordering and Low Ni2+ Moment in CsNiCl3// Phys. Rev. B, 1971, v.4, pp.2209−2212.
- Mekata M., Adachi K., Takadi H. and Achiwa N. Proc. 12th Int. Conf. Low Temp. Phys., Kyoto, 1970.
- Enderle M., Tun Z. and Buyers W.J.L., Steiner M. Longitudinal spin fluctuations of coupled integer-spin chains: Haldane triplet dynamicsin the ordered phase of CsNiCl3// Phys. Rev. B, 1999, v.59, pp.4235−4243.
- Buyers W.J.L., Morra R.M., Armstrong R.L. Experimental evidence for the Haldane gap in a spin-1 nearly isotropic, anti ferromagnetic chain// Phys. Rev. Lett., 1986, v.56, pp.371−374.
- Kenzelmann M., Cowley R.A., Buyers W.J.L., Tun Z., Coldea R. and Enderle M. Properties of Haldane excitations and multiparticle states in the antiferromagnetic spin-1 chain compound CsNiCb// Phys. Rev. B, 2002, v.66, pp.24 407−24 420.
- Weng C.Y. Thesis, Carnegie-Mellon University, 1969.
- Renard J.P., Verdaguer M., Regnault L.P., Erkelens W.A.C., Rossat-Mignod J., Ribas J., Stirling W.G., Vettier C. Quantum energy gap in two quasi-one-dimentional S=1 Heisenberg antiferromagnets// J. Appl. Phys. 1988, v.63, pp.3538−3542.
- Kosevich Yu.A. and Chubukov A.V. Sov. Phys. JETP, 1987, v.69, p.654.
- Affeck I. Model for Quasi-One-Dimensional Antiferromagnets: Application to CsNiCl3// Phys. Rev. Lett. 1989, v.62, pp.474−477.
- Tasaki H. Haldane gap in three dimensions: A rigorous example// Phys. Rev. Lett., 1990, v.64, pp.2066−2069.
- Sakai T. and Takahashi M. Effect of the Haldane gap on quasi-one-dimensional systems// Phys. Rev. В 1990, v.42, pp.4537−4543.
- Shender E.F. and Kivelson S.A. Dilution-induced order in quasi-one-dimensional quantum antiferromagnets// Phys. Rev. Lett., 1991, v.66, pp.2384−2387.
- Avenel O. Low-temperature magnetic measurements of an S= 1 linear-chain Heisenberg antiferromagnet// Phys. Rev. B, 1992, v.46, 8655−8658.
- Ramirez A.P., Cheong S-W. and Kaplan M. L. Specific heat of defects in Haldane systems Y2BaNi05 and NENP: Absence of free spin-½ excitations//Phys. Rev. Lett., 1994, v.72, pp.3108−3111
- Darriet J. and Regnault L.P. The compound Y2BaNiOs: A new example of a haldane gap in A S = 1 magnetic chain// Solid State Comm., 1993, v.86, pp.409−412.
- Beltran D., Escriva E. and Drillon M. J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1982, v.78, pp.1773.
- Yokoo Т., Sakaguchi Т., Kakurai K. and Akimitsu J., J. Phys. Soc. Japan, 1995, v.64, pp.3651−3655.
- Affleck I. Theory of Haldane-gap antiferromagnets in applied fields// Phys. Rev. B, 1990, v.41, pp.6697−6702.
- Imada M. Spin-Peierls Fluctuation and Dimerization A possible Mechanism of Superconductivity// Tech. Report of ISSP, 1992, No.2574, Ser.A.
- Bray J.W., Hart H.R., Interrante L.V., I.S., Kasper J.S., Watkins G.D., Wee S.H. and Bonner J.C. Observation of a Spin-Peierls Transition in a Heisenberg Antiferromagnetic Linear-Chain System// Phys. Rev. Lett., 1975, v.35, pp.744−747.
- Huizinga S., Komandeur S., Sawatzky J., Thole B.T., Kopinga K., de Jonge M.W.J, and Rooset J. Spin-Peierls transition in N-methyl-N-ethyl-morpholinium-ditetracyanoquinodimethanide MEM-(TCNQ)2.// Phys. Rev. B, 1979, v. 19, pp.4723−4732.
- Hase M., Terasaki I., and Uchinokura K. Observation of the spin-Peierls transition in linear Cu2+ (spin-½) chains in an inorganic compound CuGe03// Phys. Rev. Lett., 1993, v.70, pp.3651−3654.
- Castilla G., Chakraverty S. and Emery V.J. Quantum Magnetism of CuGe03//Phys. Rev. Lett., 1995, v.75, pp. 1823−1826.
- Nishi M., Fujita O. and Akimitsu J. Neutron-scattering study on the spin-Peierls transition in a quasi-one-dimensional magnet СиСеОз// Phys. Rev. B, 1994, v.50, pp.6508−6510.
- Hennessy M.J., McElwee C.D., Richards P.M. Effect of Interchain Coupling on Electron-Spin Resonance in Nearly One-Dimensional Systems// Phys. Rev. B, 1973, v.7, pp.930−947.
- Булаевский Л.Н., ФТТ, 1969, v.l 1, p.921.
- Pouget J.P., Regnault L.P., Ain M., Hennion В., Renard J.P., Veillet P., Dhalenne G. and Revcolevschi A. Structural Evidence for a Spin Peierls Ground state in the Quasi-One-Dimensional Compound CuGe03// Phys. Rev. Lett., 1994, v.72, pp.4037−4040.
- Hase M., Terasaki I. and Uchinokura K., Tokunaga M., Miura N. Magnetic phase diagram of the spin-Peierls cuprate CuGe03// Phys. Rev. В 1993, v.48, pp.9616−9619.
- Nojiri H., Shimamoto Y., Miura N, Hase M., Uchinokura K., Kojima H., Tanaka I. and Shibuya Y. Observation of magnetization saturation of CuGe03 in ultrahigh magnetic fields up to 500 T// Phys. Rev. B, 1955, v.52, pp. 12 749−12 754.
- Смирнов А.И., Глазков В. Н., Васильев А. Н., Леонюк Л. И., Коад С., МакПол Д., Дален Г., Ревколевчи А., Магнитный резонанс в чистом и диамагнитно разбавленном спин-пайерлсовском соединении CuGe03// Письма в ЖЭТФ, 1996, т.64, с. 277.
- Coad S., Petrenko О., Paul D.McK., Fak В., Lussier J-G., McMorrow D.F. Magnetic excitations in single crystals of Cui^N^GeOj// Physica B, 1997, v.239, pp.350−357.
- Koide N., Yoshitaka S., Masuda Т., Uchinokura K., Proceedings of the 21 -st International Conference on Low Temperature Physics.
- Coad S., Lussier J-G., McMorrow D.F., Paul D.McK. The temperature dependence of the spin-Peierls energy gap in CuGeCV/ J. Phys.: Cond. Matter, 1996, v.8. pp. L59-L64.
- Anderson P.E., Lui J.Z., Shelton R.N. Effect of cobalt doping on the magnetic properties of the spin-Peierls cuprate CuGe03// Phys. Rev. B, 1997, v.56, pp. l 1014−11 021.
- Weiden M., Richter W., Geibel C., Steglich F., Lemmens P., Eisenger В., Brinkmann M., Guntherodr G. Doping effects in CuGeCV/ Physica B, 1996, v.225, pp. l77−190.
- Renard J.-P., Dang K. Le, Veillet P., Dhalenne G., Revcolevchi A., Competition between Spien-Peierls Phase and Three-Dimensional Antiferromagnetic Order in CuGei. xSix03. // Europhys. Lett., 1995, v.30, pp.475−480.
- Nojiri H., Hamamoto Т., Wang Z.J., Mitsudo S., Motokawa M., Kimura S., Ohta H., Ogiwara A., Fujita O., Akimitsu J., Magnetic phase diagram and antiferromagnetic resonance in CuGeiySiy03// J.Phys.: Cond. Matter, 1997, v.9, p.1331.
- Millet P., Mila F., Zhang F.C., Mambrini M., Van Oosten A.B., Pashchenko V.A., Sulpice A. and Stepanov A.P. Biquadratic Interactions and Spin-Peierls Transition in the Spin-1 Chain IAYGqiOJI Phys. Rev. Lett., 1999, v.83, pp.4176−4179.
- Mila F. and Fu-Chun Zhang. On the origin of biquadratic exchange in spin 1 chains// Eur. Phys. J. B, 2000, v. 16, pp.7−10.
- U.Schollwock, Jolicoeur Th. and Garel T. Onset of incommensurability at the valence-bond-solid point in the 5=1 quantum spin chain// Phys. Rev. B, 1996, v.53, pp.3304−3311.
- S. Lee, P. Colombet, G. Ouvrard and R. Brec, Mat. Res. Bull, 1986, v.21, p.917.
- Gavilano J.L., Mushkolaj S., Ott H.R., Millet P. and Mila F. LiVGe206, an Anomalous Quasi-ID, S= 1 System, as Revealed by NMR// Phys. Rev. Lett., 2000, v.85, pp.409−412.
- Lumsden M.D., Granroth G.E., Mandrus D., Nagler S.E., Thompson J.R., Castellan J.P. and Gaulin B.D. Long-range antiferromagnetic order in the S=1 chain compound LiVGe206 // Phys. Rev. B, 2000, v.62, pp. R9244-R9247.
- Lou J., Xiang T. and Su Zh. Thermodynamics of the Bilinear-Biquadratic Spin-One Heisenberg Chain// Phys. Rev. Lett., 2000, v.85, pp.2380−2383.
- Yichang L., Liqun S., Inoue H. and Qin S. Weak mid-gap spin susceptibility anomaly of LiVGe206 with nonmagnetic impurities// Phys. Rev. B, 2001, v.63, pp. 134 428−134 432.
- Blundell S.J., Steer C.A., Pratt F.L., Marshall I.M., Hayes W. and Ward R.C. Detection of magnetic order in the S=1 chain compound LiVGe206using implanted spin-polarized muons// Phys. Rev. B, 2003, v.67, pp.224 411−224 415.
- Ландау JI.Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика, Гостехиздат, 1951.
- Satto C., Millet P. Lithium Vanadium Metasilicate, LiVSi206// Acta Cryst., 1997, C53, pp. 1727−1728.94.0hashi H., Osawa Т., Sato A. Sodium Vanadium Catena-Disilicate, NaVSizOe//Acta Cryst., 1994, C50, pp.1652−1655.
- Vasiliev A.N., Voloshok T.N., Ignatchik O.L., Isobe M., Ueda Y. Long-range and short-range magnetic order in new compound NaVGe206// Письма в ЖЭТФ, 2002, т.73, вып.1, стр.35−37.
- Isobe M., Ueda Y., Vasiliev A.N., Ignatchik O.L. Long-range and short-range magnetic order in NaVGe2CV/ Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2003, 258−259, pp. 125−127.
- М. Isobe and Y. Ueda. Magnetic Susceptibility of Quasi-One-Dimensional Compound a-NaV205. Possible Spin-Peierls Compound with High Critical Temperature of 34 К// J. Phys. Soc. Jpn., 1996, v.65, pp.1178−1181.
- M. Isobe, Y. Ueda, K. Takizawa and T. Goto. Observation of a Spin Gap in MgV205 from High Field Magnetization Measurements// J. Phys. Soc. Jpn., 1998, v.67, pp.755−758.
- H. Iwase, М. Isobe, Y. Ueda and H. Yasuoka. Observation of Spin Gap in CaV205 by NMR// J. Phys. Soc. Jpn., 1996, v.65, pp.2397−2400.
- M. Isobe and Y. Ueda. Magnetic Susceptibilities of AV205 (A=Li and Cs) with Square Pyramidal V (IV)05 J. Phys. Soc. Jpn., 1996, v.65, pp.3142−3145.1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- В заключение хочу выразить огромную благодарность моему научному руководителю, Александру Николаевичу Васильеву, без которого эта работа не состоялась бы, за внимание и помощь в ее подготовке.
- Также я хочу поблагодарить моих оппонентов, Прозорову Людмилу Андреевну, Ведяева Анатолия Владимировича и сотрудников Института Спектроскопии РАН, взявших на себя труд прочесть эту работу и высказать свои замечания.
- Мне бы хотелось сказать большое спасибо всем сотрудникам кафедры физики низких температур за их внимание к моей работе и доброе отношение.
- Но больше всего я благодарен моим родителям и близким людям, вдохновившим меня на данную работу.