強磁場下低維磁性材料的磁學和熱力學性質研究.pdf

1、近些年來，分子固體磁性材料的研究成為交叉學科領域的前沿課題，其中對基于純有機分子或有機-無機分子磁性材料的合成和設計引起了人們的廣泛關注?；谟袡C-無機分子磁性材料的合成和制備，A. Escuer與J. Ribas等人合成了[Mn(L)2(N3)2]n及[Mn(N3)(dpyo)Cl(H2O)2]化合物，即由Mn(II)形成的S=5/2的一維F-AF-AF trimer鏈，表現(xiàn)出亞鐵磁性。R. D. Willett等人合成了化合物3Cu

2、Cl2-2dx，即由Cu(II)組成的S=1/2的F-F-AF trimer鏈，表現(xiàn)出反鐵磁性；隨后，K.Okamoto等人利用TMRG的方法計算出了該鏈狀結構M-h曲線呈現(xiàn)出1/3的磁化平臺。 為了搞清楚有一維分子磁體中磁相互作用機理、相變性質及磁化平臺產(chǎn)生的原因，我們參照已有的相關實驗事實，提出一個一維S=1/2的F-AF-AF trimer鏈模型，采取的哈密頓量為各向同性XY模型，利用量子統(tǒng)計的格林函數(shù)理論，對該自旋鏈的磁學

3、、熱力學及相變性質進行了研究。結果發(fā)現(xiàn)：低溫下，當鐵磁作用與反鐵磁作用不相等時，M-h曲線呈現(xiàn)1/3的磁化平臺，而且存在三個明顯的臨界場值；相等時，平臺消失。而且在不同外場下磁化強度隨溫度的變化曲線表現(xiàn)出非常有趣的行為，低場和高場下均隨溫度的升高單調地減小，中等場時出現(xiàn)圓形的極大值的峰，表明中等場下熱力學漲落不是抑制而是增強了系統(tǒng)的磁化強度。為了進一步弄清磁化平臺產(chǎn)生的原因，我們計算了元激發(fā)譜的帶結構；零場時，元激發(fā)譜的帶結構由三支構成

4、，一支穿過費米面，另外兩支分別位于費米面的上面和下面；當鐵磁作用與反鐵磁作用不相等時，費米面上相鄰兩支帶之間有能隙；當鐵磁作用與反鐵磁作用相等時，能隙消失。外磁場不為零時，以較強的反鐵磁作用為例，隨著外場的增加，能隙被逐漸地關閉，能隙從開始關閉到被完全關閉所需磁場強度分別對應著磁化平臺的產(chǎn)生和結束的兩個臨界場值；因此，我們可以利用費米面上是否有能隙產(chǎn)生來解釋M-h曲線中是否有磁化平臺產(chǎn)生。同時，磁化率在臨界場處隨溫度的降低而變得發(fā)散，比

5、熱在低溫下隨磁場的變化曲線在臨界場處產(chǎn)生突變奇異性；因此，我們可以判斷，基態(tài)時，系統(tǒng)在臨界場附近有量子相變產(chǎn)生。 當鏈內磁相互作用全為反鐵磁作用時，我們發(fā)現(xiàn)：在脈沖強磁場下，其正向和反向磁化強度在低溫下隨外場的變化也呈現(xiàn)1/3的磁化平臺，磁化率在低溫區(qū)出現(xiàn)清晰的尖峰結構，其峰值來源于系統(tǒng)的強反鐵磁短程關聯(lián)作用。我們的理論結果解釋了化合物Cu3(P2O6OH)2和Cu3(P2O6OD)2在實驗上發(fā)現(xiàn)的一些物理現(xiàn)象，并且預言了一些新