Диссертация (1097575), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Чувстивтельность приборовнаходится на уровне 10-9 emu.2.3.2. Вибрационный магнитометрБлок-схема вибрационного магнитометра показана на рисунке 2.4. Онавключает, прежде всего, электромагнит со своей системой питания истабилизации, и измеритель напряженности постоянного магнитного поля.Второйкомплексуправляетэлектровибратором,включаявсебяэлектромагнитный движитель и низкочастотный генератор, задающий амплитуду104возвратно – поступательных колебаний. Электровибратор подсоединяется кштоку, на котором располагается не только образец, но и дополнительнаяизмерительная катушка.
С этой катушки снимается сигнал, пропорциональныйамплитуде колебаний.Рисунок 2.4. Блок – схема вибрационного магнитометра.Наконец, комплекс измерения полезного сигнала включает помимо,собственно, измерительных катушек, селективный усилитель, настроенный начастоту колебаний и синхронный детектор. Опорный сигнал на синхронныйдетектор поступает с задающего низкочастотного генератора. Сигнал на выходесинхротронногодетектораоказываетсяпропорционаленнамагниченностиобразца.В представленной работе использовались вибрационный магнитометрфирмы “EG&G PARC” M155 и вибрационный магнетометр системы измеренияфизических свойств PPMS “Quantum Design”.
Магнетометр “EG&G PARC”позволяет измерять сигнал от 5⋅10-4 emu, точность измерения составляет 2 %.Максимально возможные размеры исследуемого образца составляют 3 × 5 × 8мм3. Рабочий интервал температур 2 - 300 К, в магнитных полях H < 15 T.Магнетометр “Quantum Design” позволяет измерять сигнал от 5⋅10-6 emu.
Рабочийинтервал температур 2 - 1000 К в магнитных полях H < 9 T.1052.3.3. Магнетометр импульсных полейПолевые зависимости намагниченности образцов в полях H < 50 T притемпературе Т = 1.6 К исследовались нами на магнетометре импульсных полей вУниверситете Тохоку. Мощность импульса составляет 1 МДж, длительность 11мсек. Измерения намагниченности образца в импульсных полях проводилисьинтегрированием напряжения, наводимого в приемной катушке, окружающейобразец. Ее диаметр составляет 6.8 мм, длина 12.8 мм, в связи с чем диаметробразца не должен превышать 4 мм, а длина 5 мм. Минимально допустимыйсигнал составляет 1 emu.
Для того, чтобы уменьшить влияние смещения образца,из центра приемной катушки на измеряемый сигнал, применялись двекомпенсационные катушки.2.4. Методики исследования с помощью проникающего излучения, резонансныеметодикиДля исследования новых или малоизученных материалов применяютсясамые разнообразные экспериментальные методики. Набор методик для каждогоконкретного вещества определяется его предполагаемыми характеристиками. Так,например, при изучении магнитных изоляторов не применяются измеренияэлектропроводности,нооченьинформативнымиоказываютсяизмерениятеплопроводности или, например, диэлектрической проницаемости.
Напротив,при изучении проводящих материалов накладываются заметные ограничения наиспользование резонансных или оптических методов.Изизмеренийтермодинамическихсвойств–намагниченностиитеплоемкости – обычно извлекаются самые общие параметры изучаемыхобъектов, такие как масштабы обменных взаимодействий, температуры фазовыхпереходов и т.д. Уточнение и детализация представлений об устройстве того илииного магнетика достигается обычно с использованием установок «высокогоуровня». В современной науке установки по изучению рассеяния нейтронов,мюонные фабрики или лаборатории сильных магнитных полей представляют106собоймеждународныецентрыколлективногопользования.Этицентрыобслуживаются высококвалифицированными специалистами, а задача каждогоконкретногопользователязаключаетсявпрофессиональнойпостановкефизической проблемы и анализе полученных результатов.В настоящей работе исследования с помощью рассеяния нейтронов имюоновпривлекалисьдляуглубленияпониманияприродыявлений,происходящих в низкоразмерных магнетиках.
Эти измерения проводились вкооперациисоспециалистамипоэксплуатациисоответствующихэкспериментальных установок и стали предметом совместных публикаций.Экспериментальные установки по изучению электронного парамагнитногорезонанса, ядерного магнитного резонанса или рамановской спектроскопии нестоль масштабны, как упомянутые выше центры коллективного пользования.
Приих использовании, однако, требуется такой же уровень профессионализма. Темсамым, резонансные и оптические измерения также проводились в кооперации соспециалистами по использованию соответствующего оборудования и сталипредметом совместных публикаций.Спектрыэлектронногопарамагнитногорезонансаисследовалисьнаспектрометрах X-band фирм “Адани” и “Bruker” на кафедре физики низкихтемператур и сверхпроводимости физического факультета МГУ и в Институтефизики твердого тела имени Лейбница.Спектры ядерного квадрупольного резонанса исследовались с помощьюкогерентного импульсного спектрометра на кафедре физики низких температур исверхпроводимости физического факультета МГУ и спектрометра TechMag вИнституте физики твердого тела имени Лейбница.Рамановские спектры исследовались с помощью установок Dilor и Horiba вуниверситете Брауншвайга.Спектры рассеяния мюонов исследовались на мюонной фабрике вИнституте Поля Шеррера в Швейцарии.Спектры неупругого рассеяния нейтронов исследовались на нейтронномисточнике в Оксфордшире, Великобритания.107ГЛАВА 3.
НИЗКОРАЗМЕРНЫЕ ДИМЕРИЗОВАННЫЕ СИЛИКАТЫПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ3.1. Управление спиновой щелью в Na2Cu2Si4O11·xH2O (0 < x < 2) при вариацииH2OИзучениеквазиодномерныхмагнетиковпредоставляетуникальныевозможности для понимания взаимодействия зарядовой, орбитальной, упругой имагнитной подсистем в твердых телах [50].
Хотя в настоящее время доступнобольшоеколичествоквазиодномерныхмагнетиков,наиболеечастореализующийся в них сценарий формирования квантового основного состояниязаключается в установлении дальнего магнитного порядка за счет межцепочечныхвзаимодействий. Таким образом, наблюдение соединения, отклоняющегося отэтогосценария,например,обладающегощельювспектремагнитныхвозбуждений, представляет фундаментальный интерес.В изолированных магнитных цепочках может быть реализовано несколькомеханизмов формирования квантового основного состояния.
Так, вцепочкахГайзенберга со спином S = 1/2 при учете только основного обменноговзаимодействия (как антиферромагнитного, так и ферромагнитного) вдоль цепи Jосновное состояние остается неупорядоченным вплоть до нулевой температуры, ащель в спектре магнитных возбуждений отсутствует [158]. Тем не менее, щель визолированной однородной цепочке со спином S = 1/2 может появиться, когдаобменное взаимодействие между ближайшими соседями JNN составляет половинуобмена со следующим за ближайшим соседом JNNN [55].Альтернирование магнитного обменного взаимодействия является ещеодним, и при этом весьма распространенным, механизмом формирования щели вспектре магнитных возбуждений изолированных спин S = 1/2 цепочек.
Если этащельвозникаетврезультатеструктурногоискажения,вызванногонестабильностью спиновой цепочки по отношению к димеризации, имеет местоспин-Пайерлсовский переходм [159]. Однако не каждый структурный фазовый108переход, сопровождаемый образованием cпиновой щели, относится к спинПайерлсовскомутипу.Насамомделе,вдополнениекнекоторымкоординационным полимерам, этот переход наблюдается только в CuGeO3 [75].Для соединения со смешанной валентностью NaV2O5 формирование синглетногосостояния связано с упорядочением зарядов [113], в то время как для NaTiSi2O6это связано с орбитальным упорядочением [85].
Наконец, альтернированиеобменного взаимодействия может быть прямым следствием структурныхмотивов, как в случае (VO)2P2O7, где сосуществует две различные слабосвязанные альтернированные цепочки S = 1/2 [62].В настоящей работе обнаружено синглетное основное состояние вмикропористом силикате Na2Cu2Si4O11⋅2H2O и его обезвоженной форме,Na2Cu2Si4O11, где сильное альтернирование обменного взаимодействия вытекаетиз топологии отдельных цепочек, составленных из соединенных по базальным иапикальным ребрам пирамид CuO5 и октаэдров CuO6, как показано на рисунке 3.1.Сочетание микропористости и магнитных свойств делает эти материалымногофункциональными и открывает ряд интересных возможностей. Например,катионы Na+, находящиеся в каналах, могут быть замещены различнымимагнитными ионами, что может позволить управление магнетными свойствами вэтих системах.Ввиду того, что в каждом CuO6 или CuO5 полиэдре магнитоактивна именноdx2-y2 орбиталь, альтернированное взаимодействие через транс и цис ребраприводит к образованию слабо взаимодействующих димеров в цепочках.
Визвестном соединении, NaTiSi2O6, такое чередование имеет место благодаря янтеллеровскомуискажению,однаковNa2Cu2Si4O11⋅2H2OиNa2Cu2Si4O11альтернирование является неотъемлемой чертой кристаллической структуры.Магнитные параметры обменных взаимодействий здесь зависят от содержанияводы, содержание которой открывает уникальную возможность для подстройкисвойств синглетного основного состояния.Как показано на рисунке 3.2, Na2Cu2Si4O11⋅2H2O содержит цепочки изсоединенных по базальным и апикальным ребрам октаэдров CuO6, проходящих109вдоль направления [100] с небольшой вариацией расстояний Cu-Cu вдольцепочек. Ионы Cu2+координируется пятью силикатными тетраэдрами SiO4 иодной молекулой воды Н2О.Рисунок 3.1.
Фрагменты кристаллических структур Na2Cu2Si4O11 (левая панель)Na2Cu2Si4O11⋅2H2O (правая панель) в плоскости bc. Медь находится в пирамидахCuO5 (слева) либо в октаэдрах CuO6 (справа). Силикатные группы SiO4представлены тетраэдрами. Катионы натрия представлены отдельными сферами.Молекулы H2O находятся в координационном октаэдре меди справа.Тетраэдры SiO4 связаны между собой вдоль цепочек через вершины.СтруктурадегидратированногосиликатамедиNa2Cu2Si4O11аналогичнаNa2Cu2Si4O11⋅2H2O.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
