Спиновые фазовые переходы в наноразмерных структурах переходных металлов, индуцированные сильным магнитным полем (1104880), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Между критическими значениями BCritи T1/2 и независимыми параметрами модели существует связь.Ее можно найти путем взятия пределов T → 0, B → 0 всоотношении (14):BCrit = ∆E 4 µ B , T1 / 2 = ∆E ∆S .(15)Семейство фазовых диаграмм в плоскости магнитноеполе – температура для комплексов кобальта с различнымилигандами представлено на рис. 13. Как видно из графика, принизких температурах магнитное поле перехода находится вмегагауссном диапазоне (120 – 220 T).Рис. 13. Фазовая диаграмма перехода low spin – high spin ввалентных таутомерах кобальта, индуцированная внешниммагнитным полем.Более точный рассчет данного фазового перехода былпроведен на основе гамильтониана Андерсона примесноймодели металла:VH =∑ε kr ak+r akr + ∑ Eim cim+ cim + r∑ (ak+r cim + H .C.), (16)rN k ;i ;mm =− J ,..., Jkгде nd – число заполнения магнитного d – уровня иона Co,nd - усредненное значение nd по всем состояниям, γ –константа.
Результаты рассчетов, аналогичных ужеприведенным выше для металлического Ce, хорошосогласуются с результатами модели свободных магнитныхмоментов (например с уравнением (14)).Основываясь на проведенных рассчетах была данарекомендация для проведению мегагауссных экспериментов.Образцы были любезно предоставлены Институтомметаллоорганическойхимииим. Г.А. Разуваева.Самэксперимент был проведен экспериментаторами во ВНИИЭФг.Саров. Прямой результат представлен на рис. 14.
Сплошнойлиниейобозначеномагнитноеполе,нарастающееэкспоненциально со временем. Магнитный отклик образца,изображенный точками, получен методом компенсационныхкатушек. В поле B = 100 T наблюдается аномалия, связанная соспиновым фазовым переходом. Следует отметить, что этокриическое значение магнитного поля находится в рамкахi+cim (cim+)где ak (ak ),– операторы уничтожения (рождения)электронов c волновым вектором |k> на SQ - лигандах иf - электронов на i - й молекуле соответственно. Здесь, как и вслучае с металлическим Ce, важную роль играет энергиягибридизации, но только s – и d – электронов.
Однако в случаес комплексом кобальта важно также учесть энергиюФранка - Кондонакакдополнительноеэффективноевзаимодействие в виде1,H F − C = γ q , q = H (nd − nd ), H ( x ) = − ρ x(17)+1eρ >> 1,Рис. 14. Прямой результат мегагауссного эксперимента (точки) иприложенной магнитное поле (сплошная линия).оригинальной модели, описанной выше. Экспериментальнополученый сигнал пропорционален производной магнитногомомента образца по времени. Используя данные по измерениюмагнитного поля, осуществляемого независимо, былапостроена кривая зависимости магнитного момента образца отмагнитного поля, представленная на рис. 15.
Эту кривуюинтересно сравнить с кривой эффективного магнитногомомента в зависимости от температуры в слабомподмагничивающем поле, изображенную на рис. 11. Ониимеют определенное сходство, а именно плавность переходаот низкоспинового к высокоспиновому состоянию. Этонапрямую не следует из предложенной модели свободныхионов. По всей вероятности здесь играют рольгибридизационные эффекты между «локализованным»сильномагнитнымd - электрономнаионе Coи«делокализованными» слабомагнитыми электронами наSQ - лигандах.
Учет этих эффектов был осуществлен в Главе 3диссертации для металлического Ce. В частности тампояснялось, что варьируя гибридизационный параметр Γможно получить как скачок числа магнитных электроновна Co, так и плавное его изменение.Вся совокупность имеющихся экспериментальныхданных по комплексу Co сводится к двум точкам на фазовойдиаграмме в плоскости магнитное поле – температура. Этаинформация позволяет рассчитать важные параметрыкомплекса Co: скачок энтропии ∆S и изменение энергииосновного состояния ∆E при фазовом переходе. Подстановказначений критической температуры T1/2 = 300 K (при B = 0 T) иполя BCrit = 100 T (при T = 4.2 K) в формулу (15) дает значения∆S ∼ 0.896 R/моль и ∆E = 2.23 кДж/моль. Как уже отмечалосьранее, в литературе присутствуют расхождения по поводувеличины ∆S.
Так, в работе M. Adams, David M. Hendrickson.J.Am.Chem.Soc., 118, 46 (1996) приводятся аргументы в пользу∆S ~ 10 R/моль, однако в более поздней работе M.X.LaBute,R.V.Kulkarni, R.G.Endres, D.L.Cox. J.Chem.Phys. 116, 3681(2002) приводится величина ∆S ~ 1 R/моль. Проведенныйэксперимент и его интерпретация в данной главе хорошосогласуются с выводами последней работы.M,усл.едB, TРис. 15. Намагниченность комплекса кобальта в зависимости отмагнитного поля при температуре T = 4.2 K.Заключение1.
Разработана модель мультипольного разложениямагнитных полей для описания магнитного состояния имагнитоиндуцированных спиновых фазовых переходов вмолекулярных магнитах в сильных магнитных полях напримере молекулы Fe30.2. Обнаруженоаномальноеповедениекомпонентоктупольного момента молекулы Fe30 во внешнем магнитномполе, а именно резкие скачки компонент при плавномповедении дипольного момента молекулы.
Предложенагеометрия эксперимента для обнаружения данных аномалий.3. Разработанамодельмагнитоиндуцированногоспинового фазового перехода в материалах с переменнойвалентностью в сильном магнитном поле на основе моделипримесного металла Андерсона с учетом взаимодействияФаликова – Кимбала. Получена фазовая диаграмма впеременных магнитное поле – температура, а такжезависимость магнитного момента на один ион Се отмагнитного поля и температуры, величина скачка магнитногомомента при переходе.4. Порезультатаммоделированияповеденияметаллического Се в сильных магнитных полях была данарекомендация на проведение экспериментов с этимматериалом методом взрывных мегагауссных полей воВНИИЭФ г.
Саров.5. Построена модель магнитоиндуцированного фазовогоперехода в наноразмерном комплексе Со на основе моделисвободных магнитных моментов. Получена фазоваядиаграмма, а также зависимости магнитного момента отмагнитного поля и температуры.6. Построенамодельдляописаниямагнитоиндуцированного фазового перехода в комплексе Со,основанная на микроскопическом подходе. В частности,использовался гамильтониан примесной модели металлаАндерсона с учетом фактора Франка – Кондона.
Полученныйрезультат хорошо соответствует выводам модели свободныхмоментов, и это послужило основой для рекомендации кпроведениюмегагауссногоэкспериментавоВНИИЭФ г. Саров6. Полученный в результате мегагауссного экспериментарезультат был анализирован в рамках модифицированноймодели свободным магнитных моментов, что позволилоопределить ряд важных параметров комплекса Со: скачокэнтропии при переходе и разница энергии основногосостояния низкоспиновой и высокоспиновой фаз.7. Проведенотеоретическоеисследованиемагнитокалорического эффекта молекулярных кластеровMn12Ac в сильных магнитных полях.
Было обнаруженобольшое значение скачка энтропии при изменении магнитногополя в низких температурах. Сделан вывод о целесообразностииспользования этого материала с криогенных утсройствах,основанных на магнитокалорическом эффекте.Публикации по теме диссертацииСтатьи1. Yu.I. Spichkin,A.K. Zvezdin,S.P. Gubin,A.S. Mischenko, A.M.
Tishin. Magnetic molecular clusters aspromising materials for refrigeration in low-temperature regions.Journal of Physics D: Applied Physics, 34, 8, 1162 (2001).2. С.П. Губин,А.К. Звездин,А.С. Мищенко,Ю.И. Спичкин, А.М. Тишин. Рабочее тело магнитногорефрижератора основанное на магнитных полиядерныхкомплексах.
Патент РФ N 2177124 (дата регистрации20.12.2001, приоритет 29.05.2000)3. A.K. Zvezdin, A.S. Mischenko. Field - Induced SpinPhase Transitions in the Cobalt Valence Tautomers. arXiv:condmat/0209337 (2002)4. А.С. Мищенко,А.С. Чернышов,А.К. Звездин.Мультипольное разложение высокосимметричного магнитногополя, генерируемого молекулой Fe30.
Краткие сообщения пофизике ФИАН 10, 1 (2003)5. A.S. Mischenko, A.S. Chernyshov, A.K. Zvezdin. GiantKeplerate Molecule Fe30 - the First Octopole Magnet. EurophysicsLetters 65, 1, 116 (2003) (cond-mat/0309282)6. B. Barbara,V.V. Kostyuchenko,A.S. Mischenko,A.K. Zvezdin. Field-Induced Phase Transitions (FIPT) inMolecular Magnets. Physica Status Solidi (c) 1/7, 1595 (2004)7.
A.S. Mischenko, A.K. Zvezdin. Field-induced valenceinterconversion in metallic Ce. JMMM 2005.10.133 (2005)8. I.N. Markevtsev,M.P. Monakhov,V.V. Platonov,A.S. Mischenko, A.K. Zvezdin, M.P. Bubnov, G.A. Abakumov,V.K. Cherkasov. Field-induced spin phase transition in a Cocomplex. JMMM 2005.10.134 (2005)Выступления на конференциях1. А.С. Мищенко,А.С. Чернышов,А.К.
Звездин.Мультипольный подход к описанию магнитного поля,генерируемоговысокосимметричноймолекулойFe30.Международная конференция Ломоносов, Москва, Апрель2003 г.2. A.S. Mischenko, A.K. Zvezdin. Magnetization hysteresisof magnetic nanoclusters V15 in a swept magnetic field. MISM2002, Москва, Июнь 2002 г.3. A.K. Zvezdin, A.S. Mischenko. Field induced phasetransitions in molecular magnets. Quantum Complexities inCondensed Matter Conference. Бухара, Узбекистан, Август2003 г.4. A.S. Mischenko, A.K. Zvezdin. Field induced phasetransitions in Kondo systems. Quantum Complexities in CondensedMatter Conference.Бухара, Узбекистан, Август 2003 г.5. A.S. Mischenko,A.S. Chernyshov,A.K.
Zvezdin.Octopole Magnetizm of a Fe30 nanocluster. Quantum Complexitiesin Condensed Matter Conference.Бухара, Узбекистан, Август2003 г.6. A.S. Sigov,A.A. Evdokimov,A.K. Zvezdin,Y.I. Spichkin, A.S. Mischenko, A.M. Tishin. Single molecularmagnets and magnetic molecular materials: achievements andapplications. 27th ISTC Japan Workshop on AdvancedNanotechnologies in Russia/CIS. Токио, Япония, Октябрь 2003 г.7. А.С. Мищенко,И.Н. Маркевцев,М.П. Монахов,В.В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
