Автореферат (Квантовые основные состояния низкоразмерных магнетиков), страница 3

Для обоих соединений, быстрое уменьшение магнитнойвосприимчивости при низкой температуре указывает на синглетное основноесостояние. Возрастание магнитной восприимчивости при низких температурахсвязывается с изолированными магнитными центрами на обрывках цепей,которые чувствительны к термической обработке образца.

Результатыобработкитемпературныхзависимостеймагнитнойвосприимчивостиуказывают на применимость димерной модели в исследованных соединениях,что может быть обусловлено соединением полиэдров CuO6 (CuO5) через цис – итранс ребра в цепочках, рисунок 1 (средняя и нижняя панели).

Значение щели96 К и 85 К в Na2Cu2Si4O11·2H2O и Na2Cu2Si4O11 зависит от количества молекулводы в микропористой структуре, обеспечивая уникальную возможность дляподстройки этого параметра за счет вариации содержания воды.Система Na2Cu5Si4O14 испытывает переход в антиферромагнитноесостояние при TN = 7 K. В этой фазе наблюдается плато 3/5 на кривойнамагничивания. Его присутствие связывается с особенностями поведенияпятикратно–сегментированнойАнтиферромагнитныевзаимодействияцепочкивкатионовNa2Cu5Si4O14медиприводят[1].котрицательным значениям температуры Вейсса Θ = - 35 К, как это следует изаппроксимации экспериментальных данных при высоких температурах.Проявление ферромагнитных корреляций с понижением температурыможет быть связано с обменами типа Дзялошинского – Морийя.

Наличиефрустрации в системе приводит к выделению значительной части магнитной14энтропии при высоких температурах, чтопроявляетсяивмагнитнойвосприимчивости, и в теплоемкости.Рисунокзависимости0.008χ (emu/mol)1.приимчивости0.006Температурныемагнитнойвос-Na2Cu2Si4O11·2H2O(квадраты) и Na2Cu2Si4O11 (круги),0.004измеренные в поле 1 Т. Сплошными0.002линиями представлены теоретичес-0.000050100150T (K)200250300кие аппроксимации суммой димерного слагаемого матрицы и Кюри –Вейссовского слагаемого от дефектов и примесей (верхняя панель).Проекции кристаллических структур Na2Cu2Si4O11 (средняя панель) иNa2Cu2Si4O11⋅2H2O (нижняя панель)в плоскости ab.

Медь находится впирамидах CuO5 (средняя панель)либо в октаэдрах CuO6 (нижняяпанель). Силикатные группы SiO4представлены тетраэдрами. Катионынатрия представлены отдельнымисферами. Молекулы H2O находятсяв координационном октаэдре медисправа.В настоящей работе димерная система S = 1/2 BaVSi2O7 охарактеризованас помощью термодинамических и резонансных измерений.

Это соединениеявляется t2g аналогом на основе ванадия красителя династии Хань BaCuSi2O6,который привлек значительное внимание в связи с бозе-эйнштейновскойконденсацией магнонов в этом димерном соединении. Наибольший интереспредставляло сопоставление физических свойств этих соединений. Широкий15максимумвтемпературной зависимостимагнитнойвосприимчивости и аномалия типа Шоттки в теплоемкости позволили оценитьглавное обменное взаимодействие в димерах V4+ - V4+ как J = 37±1 K.

Этаоценка подтверждается в измерениях в импульсных магнитных полях, гдеобнаружен индуцированный полем синглет - триплетный переход при 27 Т.Обменное взаимодействие между димерами было оценено значительноменьшим по сравнению с обменным взаимодействием внутри димера.ТемпературныезависимостиинтенсивностисигналаЭПРХ-диапазонанаходятся в хорошем соответствии с термодинамическими измерениями.Электронные расчеты структуры с помощью приближения локальнойплотности показывают, что магнитные свойства BaVSi2O7 могут бытьобъяснены в модели слабовзаимодействующих димеров.

В отличие от системыс сильновзаимодействующими eg - димерами BaCuSi2O6 его t2g - аналогBaVSi2O7 демонстрирует черты почти изолированных димеров.В четвертой главе рассмотрены эффекты ближнего и дальнегомагнитного порядка в цепочках, лестницах и плоскостях нитратов переходныхметаллов (NO)[Cu(NO3)3], Cu(NO3)2·H2O, Rb3Ni2(NO3)7 и Ni(NO3)2.Кристаллическаяструктура(NO)[Cu(NO3)3]представленаслабосвязанными слоями, структура которых показана на рисунке 2(правая панель).Предположительно самое сильное взаимодействие J между ионами Cu2+ (S = ½)обеспечивается через группы NO3-, формируя бесконечные горизонтальныецепочки вдоль оси b.

Эти цепочки связаны через ионы NO3- и NO+ в плоскостиbc, таким образом, что вертикальное обменное взаимодействие вдоль оси c,оказывается в два раза большим, чем обменное взаимодействие вдольдиагонали, J2. Имеется два симметричных суперобменных путя дающих вклад вJ’, в то время как, только один путь обмена (и эквивалентный по симметрии)дает вклад в J2. Тем самым, топология магнитной подсистемы в (NO)[Cu(NO3)3]может рассматриваться в качестве реализации модели “флага конфедерата” J >>J’ = 2J2 (рисунок 2 (левая панель)) [2].16Рисунок2.Схематичноепредставлениеанизотропноймоделифлагаконфедерата (левая панель). Кристаллическая структура (NO)[Cu(NO3)3].Зелеными сферами представлены катионы Cu2+.

Гантелями представленыгруппы NO+. Анионы NO3- представлены плоскими треугольниками (праваяпанель).Основное состояние двумерного магнетика при соотношении J'/J2 = 2, J>> J’ = 2J2 обсуждается в теоретических работах в рамках моделей RVB(резонансных валентных связей) [2] или VBC (кристалл на валентных связях)[3]. В любом случае, при соотношении J'/J2 = 2 на ионах меди исчезаетвнутреннеемагнитноеполе,чтоделаеттеориюсреднегополядлявзаимодействующих цепочек неприменимой.Температурнаязависимостьмагнитнойвосприимчивостиχв(NO)[Cu(NO3)3], измеренная в магнитном поле 0.1 Т, ориентированном вплоскости bc, показана на рисунке 3. При понижении температуры магнитнаявосприимчивость сначала увеличивается, проходит через широкий максимум изатем снова увеличивается, показывая Кюри-Вейссовское поведение.

Широкиймаксимум χ(T) может рассматриваться как признак низкоразмерностимагнитной подсистемы (NO)[Cu(NO3)3]. Особенность при низких температурахзначительно подавляется магнитным полем 5 Т.17Возрастание магнитной0.035M (μB/f.u.)χ (emu/mol)восприимчивости0.0300.0060.0040.025низких0.0200.015предположить,0.005012345находитсяB = 0.1 TB=5T0100200вблизинекоторого300T (K)магнитногоупорядочения,Рисунок 3. Температурные зависимости магнитной быловосприимчивости(NO)Cu(NO3)3,что(NO)[Cu(NO3)3]B (T)0.0020.000температурахпозволяет0.0100.000приизмеренныечтоподтвержденоивв измерениях температур-разных магнитных полях.

На вставке представлена ныхзависимостейполевая зависимость намагниченности – закрытые теплоемкости,пред-точки, линейный ход, показанный пунктирной ставленных на рисункелинией и сублинейный ход, полученный вычитанием 4.из общей намагниченности линейного хода.Рисунок2220 40 60 80 T100(K )0.5201415101252γ = 0.042 J/mol K01080.460.3зависимости0.60.81.0различных магнитных полях. Для ясностизависимости, полученные в различных поляхΔB = 1T, сдвинуты друг относительно друга.Сплошнойлиниейпоказанаграницасуществования магнитоупорядоченной фазы.2На вставке представлена зависимость C/T-T20при T>TN при B=0T.0.10.4Температурные40.20.0B (T)Cp (J/mol K)0.6-20.74.теплоемкости (NO)Cu(NO3)3 измеренные в2Cp/T 10 (J/molK )01.2T (K)Дополнительные указания на выраженную одномерность магнитнойподсистемы в (NO)Cu(NO3)3 были получены в исследованиях рамановских18спектров,рассеяниямюонов, неупругогорассеяниянейтронов.Возможно, квантовое основное состояние в (NO)[Cu(NO3)3] близко к модели“флага конфедерата”, однако оказывается нестабильным к дополнительнымвзаимодействиям(нефрустрированныевнутриплоскостныевозбуждения,взаимодействия Дзялошинского-Морийи), которые приводят к трехмерномудальнему магнитному порядку при более низких температурах.В слоистом соединении Cu(NO3)2·H2O в измерениях магнитных итепловых свойств установлено формирование антиферромагнитного состоянияпри TN = 3.25 К и спин – переориентационного перехода при Т* = 2.6 К.Магнитные моменты ионов Cu2+ ориентированы в плоскости bc, будучиферромагнитно связанными между собой.

Вдоль оси а магнитоактивные слоисвязаны, по-видимому, антиферромагнитным взаимодействием. Спин-флоп испин-флиппревращения,антиферромагнитнойтемподсистемысамым,описываютCu(NO3)2·H2O,эволюциюподрешеткикоторойпринадлежат различным слоям. В этой модели спин - переориентационныйпереход обязан спонтанному изменению направления вектора намагниченностив магнитоактивном слое.В системе Rb3Ni2(NO3)7 со спиновой лестницей S = 1 был обнаруженпереход в антиферромагнитное состояние при TN = 4.1 K, что проявляется ввиде излома на температурной зависимости магнитной восприимчивости иизбыточного вклада в теплоемкость ниже TN.