Диссертация (1103554), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Этим позициям сопоставлены кристаллографическиепозиции CuI и CuII, соответственно.2)Модель тримеров CuI-2CuII для структуры paper-chain в соединенияхBa3Cu3In4O12иBa3Cu3Sc4O12.Основнымсостояниемтримераявляетсянизкоспиновое (S = 1/2), отделенное небольшой щелью (Δ ≈ 3 K)от8высокоспинового (S = 3/2), на что указывают теоретические оценки обменныхвзаимодействий.Этамодельсогласуетсясизвестнымимагнитнымиитермодинамическими данными [7] и подтверждается в работе результатами ЯМРЯКР измерений.3)Сверхтонкое поле на ядрах115In в спин-флип фазе составляет ≈ 3 Тлсогласно результатам измерения высокополевой линия ЯМР на этих ядрах. Эталиниянаблюдаетсявышетемпературымагнитногоупорядочения,чтосвидетельствует о сохранении ближнего магнитного порядка в Ba3Cu3In4O12 всоответствии с моделью тримеров.4)ВBaV3O8принизких температурах присутствует магнитноеуширение сигнала ЯМР от ядер немагнитных ионовтемпературнойзависимостискорости51V5+ и аномалия наспин-решеточнойрелаксации.Этоуказывает на формирование дальнего порядка при температурах ниже TN ≈ 6 К,что находится в согласии с результатами магнитных и термодинамическихизмерений.
Дальнее упорядочение вызвано межцепочечными взаимодействиямидвух типов (J1 + J2)/kB = 16 К.5)В BaV3O8 имеют место низкотемпературные искажения решетки,создающие неэквивалентные магнитные окружения ионов ванадия V5+. Природаэтих искажений меняется с температурой, так что доля чувствительных кдальнему порядку ионов экспоненциально падает с ростом температуры, однакоостается отличной от нуля выше TN.6)В La2Li0.5Cu0.5O4 при низких температурах конденсируются не-Жанг-Райсовские фазы согласно данным измерений ЯМРконкуренции Жанг-Райсовского состояниясформированнымикислородные«допированными»несвязывающиеa2g(π)с6,7Li. Предложена концепцияблизлежащими состояниями,дырками,занимающимии eux,y(π) орбитали,гибридизированные Cu 3d – O 2p орбитали b1g (d x y ) .22анечистообычные97)В La2Li0.5Cu0.5O4 происходит постепенное замедление флуктуацийнекоторых параметров порядка без явных признаков фазовых переходов припонижении температуры вплоть до 2 К согласно данным ЯМР6,7Li и скоростиспин-решеточной релаксации.
Это соответствует постепенному замедлениюфлуктуаций орторомбических искажений типа Ammm в двумерной структуреплоскостей (Cu,Li)O2, наблюдаемых в низкотемпературных экспериментах понейтронографии [23] и электронной дифракции [24].8)СозданныйновыйспектрометрЯМР/ЯКРреализуетпринципцифрового квадратурного детектирования непосредственно на несущей частоте,без преобразования на промежуточную частоту.
Разработанная схема позволяетизбежать дополнительных преобразований сигнала в аналоговом виде и, какследствие,значительноповыситьвременнуюифазовуюстабильностьрегистрации слабых сигналов ЯМР/ЯКР, избежать ряда аналоговых искажений.Степень достоверности и апробация результатовПо теме диссертационной работы опубликовано 3 статьи в журнал PhysicalReview B, входящий в Топ-25% по импакт фактору (3.718 в 2016 году) по версииThomson Reuters а также присутствующий в списке Высшей аттестационнойкомиссии.
Результаты работы докладывались и обсуждались на 6 всероссийских имеждународных конференциях, а также на конкурсе научно-исследовательскихработ Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН в 2013 году, гдебыли удостоены второй премии в молодежной секции. Полный списокпубликаций и тезисов докладов представлен в конце работы.ЛичныйспектрометравкладдиссертантаЯМР/ЯКР,состоитпроведениивразработкеподавляющегоновойсхемыбольшинстваинструментальных измерений, обработке приведенных данных, их анализе иинтерпретации, а также в участии в подготовке публикаций.10ГЛАВА 1. МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА НИЗКОРАЗМЕРНЫХСПИНОВЫХ СИСТЕМКак известно, трехмерные магнитные структуры, такие как парамагнетики,антиферромагнетики и ферромагнетики хорошо описываются теоретически, и привыявлении новой системы такого рода их физические свойства превосходноукладываются в модельные.
Тем не менее, в последние десятилетия усилилсяинтерес к так называемым низкоразмерным магнитным системам, с эффективнойразмерностью от нуля до двух [1,2]. В реальности практически всегда в такихсистемах существуют взаимодействия, повышающие их размерность, однако вряде случаев ими можно пренебречь, по крайней мере, в определенном диапазонетемператур.Важной особенностью соединений с низкоразмерным магнетизмом являетсябольшое разнообразие реализуемых в них основных состояний. Согласно теоремеМермина-Вагнера [25,26] многие из идеальных низкоразмерных систем не могутупорядочиться при конечных температурах. В некоторых таких соединенияхдействительно есть предпосылки к формированию основного состояния типаспиновой жидкости [27] и даже известен конкретный пример его реализации [28].Однако в большинстве реальных систем зачастую оказываются дополнительныеотклонения и возмущения, как правило, пренебрежимо малые при упорядочении втрехмерном случае, так или иначе ведущие к формированию дальнего магнитногопорядка.
Ввиду малых значений энергий этих отклонений и возмущенийтемпературы упорядочения оказываются обычно существенно ниже <J>/kB, где<J> – величина характерного основного магнитного взаимодействия, что такжеотличает низкоразмерные системы от трехмерных и делает их похожими нафрустрированные магнетики. Помимо собственно размерности и знака основноготипа взаимодействия основное состояние также определяется индивидуальной11топологией системы, соотношением величин и знаков взаимодействий сразличными типами соседей, магнитная анизотропия, спин магнитного иона.Влияние большинства этих аспектов будут подробнее рассмотрены вдальнейшем, на данном этапе рассмотрим влияние магнитной анизотропии иналагаемых ею ограничений на ориентацию индивидуальных магнитныхмоментов. Для этого запишем основной гамильтониан обменного магнитноговзаимодействия между двумя отдельными спинами с номерами i и j: H ij J ij [aS iz S jz b( S ix S jx S iy S jy )](1.1)В случае a = b = 1 гамильтониан отражает гейзенберговскую модель сизотропным взаимодействием.
Два других экстремальных случая, a = 1, b = 0 и a= 0, b = 1, описываются моделями Изинга и XY-моделью [6,29,30],соответственно. В первой из них все спины направлены вдоль одной оси, вовторой лежат в одной плоскости. Такое существенное различие в симметрииотражается, разумеется, на условиях упорядочения магнитных систем. Вчастности,впрямоугольнойантиферромагнитнойизинговскойрешеткеформируется дальний порядок при конечных температурах [31], в то время как вгейзенберговской и XY-моделях этого не происходит.
В треугольной плоскойрешетке, напротив, изотропные и XY-антиферромагнетики допускают 120градусноеупорядочение,аизинговскиеоказываютсянеизбежнофрустрированными.Симметриявзаимодействияопределяетсяспин-орбитальнымвзаимодействием и симметрией локального окружения магнитных ионов. Вчастности, высокосимметричное окружение и ионы в S-состоянии (Mn2+, Fe2+ ит.п.) зачастую соответствуют гейзенберговским системам, различные отклоненияот этих условий могут привести к реализации изинговской или XY-модели.
Хотяв реальности, как правило, имеет место некое промежуточное состояние,использование одной из этих моделей в зависимости от реальной природымагнитных взаимодействий может быть весьма плодотворным.12При описании низкоразмерных систем исследователи часто сталкиваются сявлением магнитной фрустрации, заключающемся в наличии конкурирующихантиферромагнитныхКлассическийпримерили–анти-иферромагнитныхгеометрическаяфрустрациявзаимодействий.втреугольныхантиферромагнетиках, о которых речь шла выше, и подобных им плоских иобъемных структурах. Но также стоит отметить фрустрацию и в линейныхцепочках при наличии антиферромагнитного взаимодействия через одного. Вовсех приведенных случаях состояния с различными ориентациями магнитныхмоментов становятся эквивалентными по энергии, происходит вырождениесостояний.Подобная картина наблюдается в обычном водном льду. Еще в 30-х годахXX века была выявлена избыточная энтропия льда в 3.4 Дж/моль*К [32,33].
Л.Полинг[34]описалледкакструктуру,состоящуюизгексагональноупорядоченных атомов кислорода, так что каждый из них координированчетырьмя другими, и атомов водорода, расположенных между ними (рис. 1.1,левая верхняя панель). При этом каждый атом водорода может занимать одну издвух позиций, находящихся на линии, соединяющей два кислорода, разделяющихее на отрезки в 0.96 Å и 1.80 Å. Количество же уравнений связи,предписывающих нахождение двух водородов рядом с каждым из кислородов,меньше числа степеней свободы системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
