Магнитные взаимодействия в сильно коррелированных электронных системах на основе 3d элементов (1103558), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В первом разделе данной главы собраны литературные данные по данным соединениям: кристаллическая структура, температурная зависимость теплоемкости и магнитной восприимчивости данных соединений, ab-initio расчеты, а также данные экспериментов по рассеяниюнейтронов. Все литературные данные проанализированы с целью нахожденияобщих и различных параметров и свойств данных соединений.Данные соединения изоструктурные и представляют собой низкоразмерные несоизмеримые магнетикис геликоидальной структурой упорядочения в цепочках Cu2+ вдоль осиb [3,4,5].
Структура данных соединений рассмотрена на примере LiCu2O2(рис. 1). Кристаллическая структураимеет ромбическую симметрию (пространственная группа Pnma), ее можРис. 1. Структура цепочки Cu2+(см. текст).но представить как последовательноечередование вдоль оси c трех слоев:1) –Cu1+(1)–, 2) –O(1)Cu2+(2)O(2)Li– и 3) –LiO(2)Cu2+(2)O(1)– Катионы Cu1+вместе с ближайшими двумя атомами кислорода образуют O2—Cu1+–O2- гантели. Соседние слои –LiCu2+O2–LiCu2+O2– образуют сетку квадратных пирамидCuO5 и LiO5, соединенных общими ребрами оснований (рис.
1). Важной особенностью структуры является наличие в ней простирающихся вдоль оси bCu–O-цепочек, образующих так называемые двухцепочечные лестничныеструктуры (two-leg ladder systems).Формированиe несоизмеримой структуры в данных соединениях объясняется наличием ферромагнитного (ФМ) взаимодействия между магнитнымимоментами соседних атомов Cu2+ (NN) и антиферромагнитного взаимодействия6между соседями через одного (NNN) [3].
Теоретические расчеты минимумаэнергии Гейзенберговского магнетика показывают, что при наличии сложногообменного взаимодействия, описанного выше, магнитные моменты упорядочиваются в несоизмеримую структуру с углом ϕ между соседними моментами,который определяется по формуле:cos ϕ ≅ −J14J 2(1)где J1 – энергия взаимодействия между соседними атомами, J2 – взаимодействие через одного. По данным дифракции нейтронов для LiCu2O2 —α = − J 2 / J1 = 0.29 , для NaCu2O2 α = 0.55.В данном разделе диссертации особо подчеркивается, что первые образцы LiCu2O2, выращенные методом кристаллизации из расплава, обладали двойникованием. Двойникование происходит в плоскости (ab) и связано с тем, чтоa= 2.0028 ≈ 2 .
Новые образцы, выращенные методом зонной плавки, монодоbменные. В NaCu2O2 двойникования нет.Все представленные литературные данные относятся к двойниковым образцам. В ЯМР исследованиях, выполненных в рамках диссертационной работыбыли использованы новые монодоменные образцы. Это позволило более детально провести анализ ЯМР эксперимента и открыть новые эффекты.В следующем разделе приводится теория ЯМР в несоизмеримых системах [6]: определяется качественный вид ЯМР линий в случае модуляции внешнего поля локальным магнитным полем несоразмерной структуры и приводятсяданные компьютерного моделирования. Показано, что данная линия будетиметь две особенности по краям и спад в середине.
При наложении магнитногополя геликоидальная структура искажается, что приводит к изменению ЯМРспектров. Интенсивность особенностей края спектров становится различной.75,96,06,16,26,36,4После компьютерного моде-6,5лирования формы линии в разделеH || aприводятся данные ЯМР эксперимента в системе NaCu2O2: Темпе-NaCu2O2ратурные зависимости ЯМР спек-1.8KH || bтра в NaCu2O2 и ЯМР-спектрNaCu2O2 при температуре 1.8 K втрех различных ориентациях внеш-6,06,26,4H || cH,TРис. 2. ЯМР в NaCu2O2 в ориентации H||(a, b, c)(70.0 МГц) при температуре 1.8K.него магнитного поля (рис.
2). Награфике видно, что ЯМР спектр состоит из трех дублетов. Появлениетрех дублетов связано с наличиемквадрупольного взаимодействия между ядром 23Na и градиентом электрического поля (ГЭП).Следующий раздел посвящен исследованию монодоменного образцаLiCu2O2. В начале раздела приведен график зависимости величины магнитногомомента образца от внешнего магнитного поля в трех различных ориентациях.Из графика следует, что при H || b в поле 3 T происходит переход типа спинфлоп. Для более детального исследования данного перехода были проведеныЯМР эксперименты. На рис. 3 представлены ЯМР спектры данного соединенияв трех различных ориентациях внешнего поля.
Справа – до перехода (малыеполя), слева - после перехода (большие поля). Далее приведена температурнаязависимость ЯМР спектров LiCu2O2 в малых полях в ориентации H || b. Даннаязависимость показывает качественное изменение структуры спирали при 23 К,что согласуется с литературными данными по теплоемкости, которые показывают наличие второго фазового перехода при температуре 22.5 К.Сравнение ЯМР спектров LiCu2O2 и NaCu2O2 показывает качественноеразличие структуры магнитного упорядочения в данных системах. Интерпретация результатов ЯМР спектроскопии приведена в последнем разделе главы.8Рис. 3.
Спектры ядерного магнитного резонанса на ядрах 7Li, измеренные на частотах 10МГц (слева) и 90 МГц (справа) для трех ориентаций внешнего магнитного поля притемпературе T = 4.5 K.Далее приводятся данные ЯКР исследований данных образцов в парамагнитной и упорядоченной фазе. В парамагнитной фазе сравнение ширинылиний ЯКР спектра меди в LiCu2O2 и NaCu2O2 указывает на большую пространственную однородность ГЭП в NaCu2O2. Это является следствием наличия некоторого количества ионов Li1+ ионов в цепочках Cu2+В диссертационной работе были проведены расчеты ЯМР спектра Li/Naот одной цепочки в приближении дипольного взаимодействия для обоих соединений.
Расчеты показали. (i) Наличие модулированного поля во всех трех кристаллографических ориентациях даже при «плоской» цепочке магнитных моментов. (ii) Величина расщепления ЯМР спектра на Na/Li зависит от знакаrволнового вектора спирали k . (iii) Диполь-дипольное взаимодействие играетсущественную роль в модуляции внутреннего магнитного поля на атоме Na/Li.В последнем разделе главы обсуждаются возможные схемы магнитногоупорядочения в кристаллах LiCu2O2 и NaCu2O2. Сначала определяется элементарная «магнитная» ячейка, далее из соображений симметрии были выделены9две цепочки Li/Na с возможным неэквивалентным магнитным окружением.Предложено возможное упорядочение в LiCu2O2 и NaCu2O2 на основании анализа данных ЯМР и дипольных расчетов.В ЯМР спектре23Na в NaCu2O2 в любых полях и при любых ориента-циях наблюдается один магнитный дублет (рис.
2). Это означает, что магнитноеокружение для атомов Na1 и Na2 эквивалентно. Для того, чтобы спектр атомовNa1 и Na2 совпадал нужно, чтобы направление закручивания спирали относительно обоих атомов было одинаковым (рис. 4 справа). Один дублет в спектреЯМР может возникать также и при наличии спин-модулированной структуры.В LiCu2O2 существует несколько магнитных переходов: два переходапри изменении температуры и один переориентационный переход в магнитномполе, а также качественное различие ЯМР спектра, измеренного в разных ориентациях внешнего магнитного поля.
Наличие двух дублетов в ЯМР спектреможет быть объяснено различным направлением спирали относительно атомовLi1 и Li2 (рис. 4, слева). Наличие одной линии (рис. 3, H || a) объясняется так жекак и в случае с NaCu2O2.∆ϕ с =rk+ϕp2+ 180ork+rk+rk+rk−rk+rk+rk−ϕpϕpϕpϕp−ϕ p−ϕ p2 ϕp2ϕp11∆ϕ а = 180o∆ϕ а = 180oРис. 4. Схема возможного магнитного упорядочения в кристаллах LiCu2O2 и NaCu2O2.Представлен вид в плоскости (ab).
Слева – атомы 1 и 2 неэквивалентны (спектр ЯМР сдвумя дублетами). Справа – атомы 1 и 2 эквивалентны (спектр ЯМР с одним дублетом).10В четвертой главе проанализирована вся совокупность, полученныхэкспериментальных данных ЯМР и ЯКР экспериментов в LaFe4Sb12,CaFe4Sb12 и NaFe4Sb12, проведены ab-initio расчеты и предложена концепциястатического смещения гостевого атома в наполненных скуттерудитахLaFe4Sb12 и CaFe4Sb12.В первом разделе главы приводятся литературные данные экспериментапо рентгеноструктурному анализу для скуттерудита PrOs4Sb12 [7].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
