Эффекты кристаллического поля и квадрупольных взаимодействий в редкоземельных цирконах (1105392)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М. В. ЛОМОНОСОВА_____________________________________________________________ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиУДК 537.61+537.622СИДОРЕНКО АНДРЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧЭФФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛЯ И КВАДРУПОЛЬНЫХВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЦИРКОНАХСпециальность 01. 04. 11 - физика магнитных явленийАвторефератдиссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукМосква – 2000РаботавыполненанакафедреобщейфизикиБрянскогогосударственного технического университетаНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Колмакова Н. П.доктор физико-математических наукКазей З.А.Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Попов А.И.доктор физико-математических наук,старший научный сотрудникГаньшина Е.А.Ведущая организация:Институт химической физикиим.
Н.Н.Семенова РАНЗащита состоится “20” апреля 2000 г. в 1530 час. на заседанииспециализированного совета N 3 ОФТТ (К.053.05.77) в МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, ГСП, МГУ,физический факультет, аудитория ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ им.
М.В. Ломоносова.Автореферат разослан “_16_” марта 2000 г.Ученый секретарьспециализированного советакандидат физико-математических наук,доцентО.А. КотельниковаОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Окисные соединения на основе редкоземельных(РЗ) элементов характеризуются большим разнообразием магнитных,магнитоупругих, магнитооптических, резонансных, оптических и другихфизических свойств. Это обстоятельство обуславливает их широкоеиспользованиевычислительнойвкачестветехнике,рабочихприкладнойматериаловвмагнитооптике,лазернойвиразличныхустройствах микроэлектроники, магнитоакустики и т.д.Исследование РЗ соединений важно не только с точки зрения ихпрактического применения.
Поскольку в формировании их физическихсвойствважнейшуюрольиграюткристаллическоеполе(КП)имагнитоупругое (МУ) взаимодействие, а для некоторых РЗ соединенийтакжезначительноеян-теллеровское(ЯТ)взаимодействие,такиеисследования позволяют решать проблемы, имеющие фундаментальноезначение для физики твердого тела. В частности, они способствуютвыяснению фундаментальных вопросов магнетизма: природы КП, МУ иквадрупольного взаимодействий, магнитной анизотропии, проявленийсверхтонкого взаимодействия и механизмов спин-решеточной релаксации.В качестве объектов исследований были выбраны РЗ окисныесоединения со структурой циркона RXO4, X=P, V. РЗ ионы впарамагнитныхсоединенияхстетрагональнойструктуройцирконахарактеризуются богатым слабо вырожденным энергетическим спектром,который благоприятен для эффектов пересечения или взаимодействияэнергетических уровней. Отсутствие неэквивалентных позиций для РЗионов позволяет наблюдать яркие магнитные и МУ аномалии в этихсоединениях, которые связаны с взаимодействием энергетических уровней.Соединения RXO4 характеризуются значительными одноионным МУ ипарнымквадрупольнымвзаимодействиями,которыеприводятксущественным МУ эффектам и в ряде случаев (TbVO4, DyVO4, TmVO4) кспонтанному упорядочению квадрупольных моментов РЗ ионов [1].
Этоупорядочение сопровождается ромбической деформацией кристаллическойрешетки и составляет суть структурных фазовых переходов ЯТ природы –кооперативный эффект Яна-Теллера.К настоящему времени накоплен большой объем спектроскопическойинформации, которая позволяет количественно решать задачи о влиянии РЗионов на формирование свойств РЗ соединений с использованиемадекватных методов расчета на основе гамильтонианов, определяемых насоответствующем решаемой задаче базисе.Целью работы являлось теоретическое исследование магнитных иМУ свойств РЗ соединений со структурой циркона, обусловленных КП иквадрупольным взаимодействием.Выполненные в работе исследования были направлены на решениеследующих конкретных задач:• изучение теплового расширения РЗ соединений в области структурногофазового перехода ЯТ природы;• расчет аномалий магнитных (намагниченность, дифференциальнаямагнитнаявосприимчивость(ДМВ),магнитокалорическийэффект(МКЭ) в импульсных полях) и МУ (магнитострикция) свойств РЗцирконов, связанных с взаимодействием энергетических уровней РЗ ионав сильных и сверхсильных полях;• интерпретациясоответствующихэкспериментальныхданныхиопределение параметров соединений.Научная новизна и защищаемые результаты.
Получены ивыносятся на защиту следующие научные результаты:− Теоретически исследовано тепловое расширение кристаллов DyVO4 иTbVO4 в области структурного фазового перехода ЯТ природы и впервыенапримереструктурыцирконапродемонстрированопроявлениеполносимметричных МУ взаимодействий при этом переходе. Показано,что обнаруженные экспериментально на температурных зависимостяхпараметров элементарной ромбической ячейки, а также тепловогорасширения вдоль неактивного ян-теллеровского направления при Т<TCхарактерные МУ аномалии обусловлены упорядочением квадрупольныхмоментов O22 для DyVO4 и Pxy для TbVO4.− Дляструктурыцирконаобнаруженыэффектывзаимодействияэнергетических уровней (кроссовер) в сильных и сверхсильных полях(YbPO4,DyPO4,PrVO4,HoVO4).Исследованыособенностиихпроявления на магнитных и МУ свойствах в изотермическом иадиабатическомрежимахприрасчетахэффектаЗеемана,намагниченности, ДМВ, квадрупольных моментов и магнитострикциидля произвольных ориентаций поля.− Установлено, что наблюдаемый на эксперименте в YbPO4 широкиймаксимум ДМВ вблизи 280 Тл для поля вдоль тетрагональной оси связанспересечениемРассчитанныйнижнихвэнергетическихпредположенииуровнейионаадиабатичностиYb3+.процессанамагничивания в импульсных полях МКЭ имеет немонотоннуюзависимость от поля и сопровождается значительным охлаждениемкристалла вблизи кроссовера.− ПоказананомальныйхарактерМКЭприадиабатическомнамагничивании ван-флековских парамагнетиков PrVO4 и HoVO4 вдольнаправленийполяскроссовером,прикоторомотсутствуетпервоначальное нагревание образца при вводе поля и происходитсущественное его охлаждение при приближении к полю кроссовера.Продемонстрированачрезвычайноважнаярольсверхтонкоговзаимодействия для магнитных аномалий вблизи кроссовера в PrVO4 иHoVO4, которые являются усиленными ядерными магнетиками.− Впервые предсказаны наличие и характер аномалий МУ свойств прикроссовере на примере магнитострикции DyPO4.
Показано, что в этомсоединении для направлений поля в базисной плоскости как визотермическом, так и в адиабатическом режимах имеются ярковыраженные аномалии и намагниченности, и магнитострикции. МКЭ вадиабатическомрежимехарактеризуетсяотсутствиемохлажденияобразца вблизи поля кроссовера, что связано со сложным характеромвзаимодействия энергетических уровней иона Dy3+.Теоретическаяипрактическаязначимостьполученныхрезультатов. Полученная в работе информация о магнитных и МУсвойствах и их аномалиях, обусловленных кроссовером и квадрупольнымвзаимодействием, РЗ цирконов может быть использована для разработкифизических основ получения новых магнитных материалов с заданнымисвойствами.Апробацияработы.Основныерезультаты,представленныевдиссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:5th International Symposium on Research in High Magnetic Fields (Sydney,Australia, 1997); 7th European Magnetic Materials and Applications Conference(Zaragoza, Spain, 1998); 8th International Conference on Megagauss MagneticFields Generation and Related Phenomena (Tallahassi, USA, 1998); EuropeanConference “Physics of Magnetism’99” (Poznan, Poland, 1999); 22ndInternational Conference on Low Temperature Physics (Espoo and Helsinki,Finland, 1999); VI Международная конференция аспирантов и студентов пофундаментальным наукам “ЛОМОНОСОВ-99” (МГУ, Москва, 1999); 54я,55я научные конференциипрофессорско-преподавательскогосостава(БГТУ, Брянск, 1998, 1999).Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатныхработ и одна работа принята к печати.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на157 страницах машинописного текста и содержит: рисунков – 43, таблиц 4, список литературы из 125 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобосновываетсяактуальностьтемыдиссертации,сформулированы ее основные цели и конкретные задачи. Показана еенаучная новизна и практическая ценность. Кратко изложено содержаниеработы по главам.Первая глава диссертации является литературным обзором.
В нейрассмотреныосновныевидыэффектовКПиквадрупольноговзаимодействия в РЗ соединениях: МУ вклад в тепловое расширение,магнитострикция,структурныефазовыепереходыян-теллеровскойприроды и взаимодействие (пересечение) энергетических уровней РЗ ионаво внешнем магнитном поле. Охарактеризованы объекты исследований –РЗ парамагнитные соединения с тетрагональной структурой циркона ихимическойформулойRXO4,гдеX=PилиV.Обсуждаютсякристаллическая структура, иерархия величин параметров взаимодействий,схема нижних энергетических уровней РЗ ионов и типы деформаций,которые могут снять вырождение спектра РЗ иона.Описаны методы расчета МУ и квадрупольных эффектов в РЗсоединенияхтетрагональнойсимметрии.Показанаограниченностьпсевдоспинового формализма и преимущества формализма обобщенныхвосприимчивостей [2].
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
