Особенности электронной структуры и магнитные свойства слабых зонных гелимагнетиков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Страшников, Олег Григорьевич

  • Страшников, Олег Григорьевич
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 1984, Свердловск
  • Специальность ВАК РФ01.04.07
  • Количество страниц 125
Страшников, Олег Григорьевич. Особенности электронной структуры и магнитные свойства слабых зонных гелимагнетиков: дис. кандидат физико-математических наук: 01.04.07 - Физика конденсированного состояния. Свердловск. 1984. 125 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Страшников, Олег Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СЛАБЫЙ ЗОННЫЙ МАГНЕТИЗМ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ

СОЕДИНЕНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. Некоторые экспериментальные данные о магнитных свойствах слабых зонных магнетиков. &

1.2. Слабый зонный гелимагнетизм соединений переходных металлов. -/

Г.З. Теория фяуктуаций локальной спиновой плотности

ФЛСП) в зонных магнетиках. <fg

1.4. Постановка задачи исследования. 2.

2. ФЕМ-ЖИДКОСТНАЯ ТЕОРИЯ ОСНОВНОЮ СОСТОЯНИЯ СЛАБОГО

ЗОННОГО ГЕЛИМАГНЕТИКА. 2.

2.1. Корреляционная функция и энергетический спектр одночастичных возбуждений основного состояния ферми-жидкости с неоднородным обменным и релятивистским антисимметричным взаимодействиями

2.2. Энергетический спектр и собственные функции одночастичных возбуждений гелимагнитноупорядо-ченной ферми-жидкости

2.3. Намагниченность и волновой вектор структуры гелимагнитно упорядоченной ферми-жидкости

2.4. Выводы

3. ФЛУКТУАЦИИ ЛОКАЛЬНОЙ СПИНОВОЙ ПЛОТНОСТИ И СЛАБЫЙ

ЗОННЫЙ ГЕЛИМАГНЕТИЗМ СОЕДИНЕНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

3.1. Функционал свободной энергии в модели Хаббарда

3.2. Расчет термодинамического потенциала слабого зонного гелимагнетика (С31М) в приближении низкоэнергетических ФЛСП.

3.3. Намагниченность, температура Нееля и волновой вектор С31М.

3.4. Влияние однородного внешнего магнитного поля на гелимагнитную структуру. Индуцированная ферромагнитная фаза

3.5. Выводы у 4. ШРМАГНИШЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ СЛАБОГО ЗОННОГО

ГЕЛИМАГНЕТИКА.

4.1. Влияние особенностей плотности электронных состояний на температурную зависимость однородной парамагнитной восприимчивости слабых зонных магнетиков (СЗМ) .'.

4;2. Особенности плотности электронных состояний и неоднородная парамагнитная восприимчивость СЗМ

4.3. Локальные магнитные моменты и парамагнитная восприимчивость

4.4. Выводы.Н

ЗАКЛКИЕНИЕ.Ш

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности электронной структуры и магнитные свойства слабых зонных гелимагнетиков»

Актуальность теш. Переходные металлы и их соединения находят широкое применение в технике и обладают сложными электронными и магнитными свойствами. Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал свидетельствует о том, что дою более глубокой их интерпретации необходимо, прежде всего, дальнейшее изучение эффектов электронной корреляции и особенностей зонной структуры Ы -металлов.

В связи с этим в последние годы значительное развитие получила теория флуктуации спиновой плотности, которая часто используется при анализе свойств зонных магнетиков на основе переходных металлов. Поскольку в последних магнитоактивные электроны являются коллективизированными, постольку щи объяснении специфики этих магнетиков важное значение имеет и фактор электронной структуры. Однако в рамках теории фдуктуаций локальной спиновой плотности (ФЛСП) роль электронной структуры и различных типов межэлектронных взаимодействий изучена слабо. В частности, до настоящего времени отсутствует последовательная теория гелимагнитного упорядочения зонных систем (например, Мп^Со^с , ) и их противоречивых, с точки зрения существующих теорий, свойств.

Известно, какое значение в возникновении гелимагнетизма играет релятивистское антисимметричное взаимодействие. Однако к настоящему времени хорошо изучено его влияние лишь на упорядочение в системе локальных магнитных моментов. В этой связи актуальной является разработка последовательной теории гелимагнитного упорядочения зонных магнетиков (ЗМ), учитывающей релятивистское антисимметричное взаимодействие.

Не менее важным является и вопрос о взаимосвязи аномалий плотности электронных состояний зонных магнетиков и особенностей температурной зависимости, присущих им, магнитных характеристик, Поэтому для корректного описания их магнитных свойств необходимо обобщение теории ФЛСП с учетом аномалий плотности состояний.

Цель работы - развитие теории гелимагнитного упорядочения зонных магнетиков. В задачу исследования входит описание основного состояния зонных гелимагнетиков (ЗШ) на основе теории ферт-жидкости Ландау, учет флуктуаций локальной спиновой плотности при вычислении их намагниченности в области конечных температур, а также исследование влияния ФЛСП и аномалий плотности состояний на парамагнитную восприимчивость.

Научная новизна. I. В работе впервые исследовано значение релятивистского антисимметричного (РА) взаимодействия для гелимагнитного упорядочения ферми-жидкости (основное состояние), определен волновой вектор гелимагнитной структуры и найдена зависимость намагниченности 31М от внешнего магнитного поля.

2. В рамках модели Хаббарда с учетом РА взаимодействия в кристалле, используя методы теории ФЛСП, выполнены расчеты температурной и полевой зависимостей намагниченности зонного гели-магентика, определена температура Нееля, а также исследовано влияние температуры на индуцированную внешним магнитным полем ферромагнитную фазу ЗШ.

3. Изучена взаимосвязь между аномалиями плотности состояний зонного магнетика вблизи уровня Ферми и характером температурной зависимости его парамагнитной восприимчивости. На этой основе предложен новый механизм, обусловливающий наблюдаемую температурную зависимость восприимчивости зонных магнетиков

4. Выполнено обобщение известного из литературы феноменологического подхода к описанию свойств зонных магнетиков с тем-пературнонщдуцированными локальными магнитными моментами: учтено обменное усиление парамагнитной восприимчивости коллективизированных электронов и релятивистское антисимметричное взаимодействие, что позволило предложить интерпретацию экспериментальных данных о неоднородной парамагнитной восприимчивости

АЛЛ •

Практическая ценность. Проведенные исследования позволили понять особенности и специфику гелимагнитного упорядочения в зонных магнетиках с кристаллической структурой типа В20 (системы Мп^Со^С » Ре^Со^Зи )• 1Ьлученные при этом результаты могут быть полезными для дальнейшего развития представлений о наблюдающихся на опыте специфических свойствах группы силицидов переходных металлов, многие из которых имеют несомненную ценность для практического применения (в частности, в качестве резистивных материалов).

Установленные дополнительные факторы сильной температурной зависимости парамагнитной восприимчивости имеют непосредственное практическое значение, например, при исследовании свойств переходных металлов, их соединений и сплавов.

На защиту выносятся:

- способ вычисления энергетического спектра одночастичных возбуждений основного состояния ферми-жидкости с неоднородным магнитным упорядочением, учитывавший релятивистское антисимметричное взаимодействие в системе;

- результаты расчетов волнового вектора гелимагнитной структуры, намагниченности и ее полевой зависимости, выполненных на основе ферми-жидкостной теории при Т =0;

- способ вычисления температурной и полевой зависимости намагниченности, а также температуры Нееля 31М в рамках модели Хаббарда методом теории ФЛСП;

- выведенная температурная зависимость критического внешнего магнитного поля, переводящего зонный гелимагнетик в индуцированную ферромагнитную фазу;

- установленные выражения для зависимости парамагнитной восприимчивости слабых зонных магнетиков, имеющих изломы на кривой плотности электронных состояний вблизи уровня Фецяи» от температуры и волнового вектора;

- способ учета влияния температурно-индуцированных в зонном магнетике локальных магнитных моментов на его неоднородную парамагнитную восприимчивость.

Апробашя работы. Материалы диссертационной работы опубликованы в четырех статьях и докладывались на ХУ1 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Тула, 7-9 сент. 1983), на 1У Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллических соединений (Львов, 18-20 окт. 1983) и на Всесоюзном симпозиуме "Неоднородные электронные состояния" (Новосибирск, 12-14 марта 1984).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она изложена на №5 страницах, включая 1Ъ рисунков. Список литературы содержит 77 названий.

Похожие диссертационные работы по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Страшников, Олег Григорьевич

4.4. Выводы

I. Установлено, что аномалии на кривой плотности электронных состояний , расположенные вблизи уровня Ферми, оказывают существенное влияние на температурную зависимость однородной парамагнитной восприимчивости слабых зонных магнетиков. В частности, скорее всего, именно они обуславливают наличие зависимости кюри-веиссовского типа для также отклонения от нее в области высоких температур.

2. Показано, что эти аномалии могут, наряду с ФЛСП, являться причиной кюри-вейссовской температурной зависимости неоднородной восприимчивости % ( при малых значениях волнового вектора \

3. Выполненное обобщение феноменологической модели локальных магнитных моментов, предложенной в работе [38] , позволяет дать качественно верную интерпретацию особенностей -зависимости неоднородной восприимчивости ^(у/П моносилицида марганца в широком интервале температур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как видно из изложенного выше, диссертационная работа посвящена решению задачи теоретического описания магнитных свойств и исследованию условий возникновения гелимагнитного упорядочения в некоторых слабых зонных магнетиках, в частности, с кристаллической структурой типа В20. На основании полученных результатов предложена интерпретация экспериментальных данных об известных в настоящее время зонных гелимагнитных соединениях Мh.Сох $L } Со* SC

Из частных выводов по работе целесообразно отметить следующие.

1. В рамках теории ферми-жидкости Ландау показано, что основное гелимагнитное состояние системы коллективизированных электронов, в которой имеет место обменное и релятивистское антисимметричное взаимодействие частиц, может реализоваться при наличии малой нелокальности последних.

2. Из установленных выражений для волнового вектора магнитной структуры и намагниченности C3IM видно, что причиной малости их значений является слабость, по сравнению с обменом, РА взаимодействия. Найдены полевая зависимость намагниченности и критическое значение внешнего магнитного поля, переводящего зонный гелимагнетик в индуцированную ферромагнитную фазу, в которой, как показано, должны наблюдаться нелинейные отклонения от построений Арротта.

3. Используя теорию температурных ФЛСП для модели Хаббар-да с учетом, наряду с внутриатомным обменом, РА взаимодействия, установлена причина низких значений температуры Нееля T/v в

С31М и показано, что волновой вектор магнитной структуры не зависит от температуры.

4. Рассмотрено влияние ФЛСП на температурную и полевую зависимость намагниченности. Найдена температурная зависимость критического внешнего магнитного поля, оказывается, что она аналогична температурной зависимости намагниченности СЗШ. Показано, что отклонения от арроттовских построений в индуцированной Ш фазе возрастают с ростом температуры.

5. Полученные теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными о гелимагнитных системах МкцхСох5и

Ре^Со^ь

6. Исследовано влияние аномалий плотности электронных состояний $(£) , расположенных вблизи уровня Ферми СЗМ, на температурную зависимость их парамагнитной восприимчивости. Показано, что эти аномалии могут, наряду с ФЛСП, играть существенную роль в формировании зависимости восприимчивости ^ от температуры и волнового вектора; установлено, что, скорее всего, именно они обеспечивают зависимость кюри-вейссовского типа /ео/г) в М^ , а также отклонения от нее в области высоких температур.

7. Произведено обобщение феноменологической теории ФЛСП для зонных магнетиков, в парамагнитной фазе которых возможно образование ТШШ: учтено обменное усиление в подсистеме коллективизированных электронов, а в случае 31М и релятивистское антисимметричное взаимодействие.

8. Установленные на основе разработанных представлений выражения для зависимости компонент тензора парамагнитной восприимчивости от температуры и волнового вектора позволяют дать качественно верную интерпретацию экспериментальных данных об особенностях диффузного рассеяния нейтронов в Ииоь в широком интервале температур»

Для дальнейшего исследования и разработки проблем магнетизма переходных металлов и их соединений, в частности, ЗШ, необходимо прежде всего развитие микроскопической интерполяционной теории МСД, а также более точные прямые численные расчеты электронных спектров этой группы веществ.

Результаты диссертационного исследования нашли отражение в следующих публикациях.

1. Гельд ШВ., Швзнер A.A., Страшников О.Г. Особенности плотности электронных состояний и парамагнитная восприимчивость зонных магнетиков. - ДАН СССР, 1984, т.274, вып.2, с.305-308.

2. Швзнер A.A., Страшников О.Г., Гельд П.В. Особенности плотности электронных состояний и статическая парамагнитная восприимчивость MhSu . - ФТТ, 1983, т.25, в.9, с.2789-2791.

3. Страшников О.Г., Швзнер A.A., Гельд П.В. Гелимагнит-ное упорядочение ферми-жидкости. - ФНТ, 1983, т.9, в.12, с.1286-1288.

4. Швзнер A.A., Страшников 0#Г., Волков А.Г. К теории гелимагнитного упорядочения слабых зонных магнетиков. - ФНТ, т. 10, в.7, с.738-742.

5. Швзнер A.A., Страшников О.Г., Гельд П.В. Гелимагнит-ное упорядочение слабых зонных магнетиков. - Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума "Неоднородные электронные состояния", Новосибирск, 1984, с.148-149.

Автор выражает глубокую благодарность руководителям -члену-корреспонденту АН СССР, профессору, доктору технических наук Гельду П. В. и кандидату физико-математических наук Повзнеру A.A. за постановку задачи исследования и руководство работой.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.