強(qiáng)磁場(chǎng)下低維磁性材料的磁學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、近些年來(lái)，分子固體磁性材料的研究成為交叉學(xué)科領(lǐng)域的前沿課題，其中對(duì)基于純有機(jī)分子或有機(jī)-無(wú)機(jī)分子磁性材料的合成和設(shè)計(jì)引起了人們的廣泛關(guān)注?；谟袡C(jī)-無(wú)機(jī)分子磁性材料的合成和制備，A. Escuer與J. Ribas等人合成了[Mn(L)2(N3)2]n及[Mn(N3)(dpyo)Cl(H2O)2]化合物，即由Mn(II)形成的S=5/2的一維F-AF-AF trimer鏈，表現(xiàn)出亞鐵磁性。R. D. Willett等人合成了化合物3Cu

2、Cl2-2dx，即由Cu(II)組成的S=1/2的F-F-AF trimer鏈，表現(xiàn)出反鐵磁性；隨后，K.Okamoto等人利用TMRG的方法計(jì)算出了該鏈狀結(jié)構(gòu)M-h曲線呈現(xiàn)出1/3的磁化平臺(tái)。 為了搞清楚有一維分子磁體中磁相互作用機(jī)理、相變性質(zhì)及磁化平臺(tái)產(chǎn)生的原因，我們參照已有的相關(guān)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，提出一個(gè)一維S=1/2的F-AF-AF trimer鏈模型，采取的哈密頓量為各向同性XY模型，利用量子統(tǒng)計(jì)的格林函數(shù)理論，對(duì)該自旋鏈的磁學(xué)

3、、熱力學(xué)及相變性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低溫下，當(dāng)鐵磁作用與反鐵磁作用不相等時(shí)，M-h曲線呈現(xiàn)1/3的磁化平臺(tái)，而且存在三個(gè)明顯的臨界場(chǎng)值；相等時(shí)，平臺(tái)消失。而且在不同外場(chǎng)下磁化強(qiáng)度隨溫度的變化曲線表現(xiàn)出非常有趣的行為，低場(chǎng)和高場(chǎng)下均隨溫度的升高單調(diào)地減小，中等場(chǎng)時(shí)出現(xiàn)圓形的極大值的峰，表明中等場(chǎng)下熱力學(xué)漲落不是抑制而是增強(qiáng)了系統(tǒng)的磁化強(qiáng)度。為了進(jìn)一步弄清磁化平臺(tái)產(chǎn)生的原因，我們計(jì)算了元激發(fā)譜的帶結(jié)構(gòu)；零場(chǎng)時(shí)，元激發(fā)譜的帶結(jié)構(gòu)由三支構(gòu)成

4、，一支穿過(guò)費(fèi)米面，另外兩支分別位于費(fèi)米面的上面和下面；當(dāng)鐵磁作用與反鐵磁作用不相等時(shí)，費(fèi)米面上相鄰兩支帶之間有能隙；當(dāng)鐵磁作用與反鐵磁作用相等時(shí)，能隙消失。外磁場(chǎng)不為零時(shí)，以較強(qiáng)的反鐵磁作用為例，隨著外場(chǎng)的增加，能隙被逐漸地關(guān)閉，能隙從開始關(guān)閉到被完全關(guān)閉所需磁場(chǎng)強(qiáng)度分別對(duì)應(yīng)著磁化平臺(tái)的產(chǎn)生和結(jié)束的兩個(gè)臨界場(chǎng)值；因此，我們可以利用費(fèi)米面上是否有能隙產(chǎn)生來(lái)解釋M-h曲線中是否有磁化平臺(tái)產(chǎn)生。同時(shí)，磁化率在臨界場(chǎng)處隨溫度的降低而變得發(fā)散，比

5、熱在低溫下隨磁場(chǎng)的變化曲線在臨界場(chǎng)處產(chǎn)生突變奇異性；因此，我們可以判斷，基態(tài)時(shí)，系統(tǒng)在臨界場(chǎng)附近有量子相變產(chǎn)生。 當(dāng)鏈內(nèi)磁相互作用全為反鐵磁作用時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)：在脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)下，其正向和反向磁化強(qiáng)度在低溫下隨外場(chǎng)的變化也呈現(xiàn)1/3的磁化平臺(tái)，磁化率在低溫區(qū)出現(xiàn)清晰的尖峰結(jié)構(gòu)，其峰值來(lái)源于系統(tǒng)的強(qiáng)反鐵磁短程關(guān)聯(lián)作用。我們的理論結(jié)果解釋了化合物Cu3(P2O6OH)2和Cu3(P2O6OD)2在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的一些物理現(xiàn)象，并且預(yù)言了一些新