Термодинамiчнi, кiнетичнi та магнiтнi властивостi квантових твердих тiл при низьких температурах

4) Метод, заснований на зображеннi Бар'яхтара-Криворучка-Яблонського для спiнових операторiв, у застосуваннi до тривимiрного квантового гейзенбергiвського ФМ iз довiльним спiном. Метод дає адекватний опис термодинамiчних функцiй в усiй областi температур iснування упорядкованої фази.

9. Дана теоретична iнтерпретацiя залежностей температури Неєля TN i температури надпровiд-ного переходу Tc металооксидних сполук вiд мiри легування. Показано, що зменшення TN iз зро-станням x є наслiдком конкуренцiї прямого АФМ i iндукованого (що виникає завдяки наявностi дiрок у кисневiй пiдзонi) ФМ обмiну мiж спiнами мiдi в CuO2-площинi. Встановлено, що як нетривiальна концентрацiйна залежнiсть TN(x) , так i немонотонна залежнiсть Tc(x) у кiнцевому пiдсумку обумовленi особливостями густини станiв зонного спектру, характер якого безпосередньо пов'язаний з геометрiєю CuO2-площини.

10. Детально дослiджена проблема придатностi двовимiрної моделi Гейзенберга для iнтерпре-тацiї експериментально спостережених фiзичних властивостей твердих моношарiв 3He, адсорбованих на графiтi. Вперше доведено, що в областi покрить з густиною 0,23 -2, якi вiдповiдають феромагнiтному режиму, квантова модель Гейзенберга зi спiном 1/2 на трикутних гратах адекватно описує термодинамiчнi i магнiтнi властивостi зазначених систем у мiлiкельвиновiй областi температур.

Список опублiкованих робiт за темою дисертацiї

1. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Эренбург А.И. Динамика либрационного движения в кристаллах типа N2 . 1. Теория cамосогласованного поля и гармоническое приближение // ФНТ. - 1982. - Т. 8, N 2. - С. 199-210.

2. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Эренбург А.И. Динамика либрационного движения в кристаллах типа N2 . 2. Совместный учет ангармонических и корреляционных эффектов // ФНТ. - 1982. - Т. 8, N 3. - С. 296-302.

3. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Фрейман Ю.А., Эренбург А.И. Динамика либрационного движения в кристаллах типа N2 . 3. Сравнение с экспериментом // ФНТ. - 1982. - Т. 8, N 10. - C. 1095-1110.

4. Antsygina T.N., Slusarev V.A., Freiman Yu.A., Erenburg A.I. Anharmonic effects in librational motion of N2-type crystals // J. Low Temp. Phys. - 1984. - V. 56, N 3/4. - P. 331-354.

5. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Представление Барьяхтара-Криворучко-Яблонского и термодинамика магнитоупорядоченных систем // ТМФ. - 1986. - Т. 68, N 2. - С. 312-320.

6. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Критическая температура сверхпроводящего перехода в обобщенной модели Хаббарда // ФНТ. - 1987. - Т. 13, N 8. - С. 885-888.

7. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. К теории ротационно-поляронных состояний двухатомной примесной молекулы в атомарном кристалле // ТМФ. - 1988. - Т. 77, N 2. - С. 234-246.

8. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. К вопросу о зонной структуре металлооксидных сверхпроводников // ФНТ. - 1989. - Т. 15, N 3. - С. 265-270.

9. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Влияние легирования на температуру Нееля металлооксидных соединений // ФНТ. - 1990. - Т. 16, N 6. - С. 798-802.

10. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Электронный спектр и магнитные свойства слаболегированных металлоксидных соединений // СФХТ. - 1990. - Т. 3, N 10. - С. 2284-2292.

11. Antsygina T.N., Slusarev V.A. The specific geometry of CuO2-plane and electronic properties of high-temperature superconductors // High-Tc Superconductivity. - Berlin: Springer-Verlag. - 1992. - P. 1-13.

12. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Модифицированное приближение хаотических фаз в теории низкоразмерных гейзенберговских магнетиков // ФНТ. - 1992. - Т. 18, N 3. - С. 261-264.

13. Анцыгина Т.Н., Городилов Б.Я., Жолонко Н.Н., Кривчиков А.И., Манжелий В.Г., Слюсарев В.А. Перенос тепла в твердых слабых растворах неона в параводороде // ФНТ. - 1992. - Т. 18, N 4. - С. 417-423.

14. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Теплоемкость слабых твердых растворов азота в матрице инертных газов // ФНТ. - 1993. - Т. 19, N 1. - С. 102-105.

15. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. К динамике низкоразмерных гейзенберговских магнетиков с S=1/2 // ФНТ. - 1993. - Т. 19, N 1. - С. 67-71.

16. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Новый подход в теории низкоразмерных гейзенберговских магнетиков // ТМФ. - 1993. - Т. 95, N 1. - С. 87-95.

17. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Теплоперенос в криокристаллах с примесями. Резонансное примесное рассеяние и трехфононные процессы. // ФНТ. - 1993. - Т. 19, N 5. - C. 494-503.

18. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Теплоемкость слабых твердых растворов кислорода в матрице инертных газов // ФНТ. - 1994. - Т. 20, N 3. - С. 255-259.

19. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Термодинамика низкоразмерных магнитных систем (Обзор) // ФНТ. - 1995. - Т. 21, N 2. - С. 127-161.

20. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А. Термодинамика двумерного гейзенберговского ферромагнетика в рамках ренормгруппового подхода // ТМФ. - 1995. - Т. 104, N 3. - С. 530-537.

21. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Чишко К.А. Теплоемкость твердых растворов Не3 в Не4 // ФНТ. - 1995. - Т. 21, N 6. - С. 583-588.

22. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Чишко К.А. Кинетика распада твердых растворов изотопов гелия // ФTT. - 1996. - Т. 38, N 6. - С. 1906-1923.

23. Antsygina T.N., Chishko K.A., Slusarev V.A. Heat capacity of dilute solid solutions of diatomic molecules in the matrix of inert gases // Phys. Rev. B. - 1997. - V. 55, N 6. - P. 3548-3558.

24. Antsygina T.N., Chishko K.A., Slusarev V.A. Mechanism of inelastic phonon scattering on the quadrupolar o-H2 impurity in p-H2 matrix // J. Low Temp. Phys. - 1998. - V. 111, N 3/4. - P. 503-508.

25. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Чишко К.А. Неупругое рассеяние фононов на квадрупольных дефектах с внутренними степенями свободы // ЖЭТФ. - 1998. - Т. 114, вып. 2(8). - С. 555-569.

26. Antsygina T.N., Chishko K.A., Slusarev V.A. Fluctuation effects in the heat capacity of 3He-4He solid solutions // J. Low Temp. Phys. - 1998. - V. 111, N 3/4. - P. 577-582.

27. Анцыгина Т.Н., Слюсарев В.А., Чишко К.А. Особенности поведения теплоемкости распадающихся твердых растворов 3Не-4Не // ФТТ. - 1998. - Т. 40, N 2. - С. 355-361.

28. Antsygina T.N., Chishko K.A., Mikhin N.P., Rudavskii E.Ya., Shvarts V.A., Slusarev V.A. Evolution of the concentrated phase in separated solid 3Не-4Не mixtures // J. Low Temp. Phys. - 1998. - V. 111, N 1/2. - P. 19-36.

29. Анцыгина Т.Н. Особенности термодинамики двумерных гейзенберговских магнетиков на треугольной решетке // ФНТ. - 1999. - Т. 25, N 6. - С.~592-599.

30. Анцыгина Т.Н., Чишко К.А. Термодинамика твердых монослоев 3Не в рамках модели Гейзенберга // ФТТ. - 2000. - Т. 42, N 1. - С. 100-108.

31. Antsygina T.N., Chishko K.A. Heat capacity and susceptibility of two-dimensional 3He solid within the Heisenberg model // J. Low Temp. Phys. - 2000. - V. 119, N 5/6. - P. 677-690.

Анотація

Анцигiна Т. М. Термодинамiчнi, кiнетичнi та магнiтнi властивостi квантових твердих тiл при низьких температурах. - Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiзико-математичних наук за спецiальнiстю 01.04.02. - теоретична фiзика. - Фiзико-технiчний iнститут низьких температур iм. Б. I. Вєркiна НАН України, Харкiв, 2000.

Дисертацiйна робота присвячена побудовi послiдовної теорiї термодинамiчних, кiнетичних та магнiтних явищ у квантових твердих тiлах при низьких температурах. Iнтерпретовано ряд спостережуваних эфектiв, якi не мали до цього часу задовiльного теоретичного обгрунтування.

Вивченi термодинамiчнi властивостi крiокристалiв типу азоту, а також твердих розчинiв двохатомних молекул у матрицях iнертних газiв. Проаналiзовано тепловий опiр твердого параводню з важкими домiшками. Розв'язана задача про непружне розсiяння фононiв на парних кластерах ортоводню. Розвинена теорiя термодинамiчних та кiнетичних властивостей твердих сумiшей iзотопiв гелiю, якi зазнають розпаду. Вперше одержано адекватний опис температурних залежностей теплоємностi твердих розчинiв 3Не-4Не вище температури розшарування. Розроблений ряд наближених методiв для аналiтичного опису термодинамiки квантових гейзенберговських феро- i антиферомагнетикiв в широкiй областi температур. Поясненi залежностi температури Неєля і температури надпровiдного переходу металооксидiв вiд мiри легування. Вирiшена проблема придатностi моделi Гейзенберга для iнтерпретацiї експериментально спостережуваних властивостей твердих моношарiв 3Не.

Ключовi слова: термодинамiка, кiнетика, крiокристали, твердий водень, твердi розчини iзотопiв гелiю, модель Гейзенберга, низьковимiрнi магнетики.

Аннотация

Анцыгина Т. Н. Термодинамические, кинетические и магнитные свойства квантовых твердых тел при низких температурах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.02. - теоретическая физика. - Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина НАН Украины, Харьков, 2000.

В диссертации представлены результаты исследований, имеющих целью построение последовательной теории термодинамических, кинетических и магнитных явлений в квантовых твердых телах при низких температурах. Интерпретирован ряд экспериментально установленных эффектов, не имевших до сих пор достаточного теоретического обоснования.

Построена теория термодинамических свойств, обусловленных ориентационным движением молекул, в криокристаллах типа азота. Получено количественное описание температурных зависимостей частот либрационных мод, а также термодинамических функций таких кристаллов во всей области существования ориентационно упорядоченной -фазы.

Предложена последовательная теория, описывающая температурное и концентрационное поведение избыточной примесной теплоемкости твердых растворов двухатомных молекул в одноатомных матрицах кубической симметрии. Теория дает адекватную интерпретацию наблюдаемых в эксперименте температурных зависимостей теплоемкости слабых (с концентрациями 1%) растворов 14N2, 15N2, O2 в матрицах Ar и Kr.

Теоретически исследованы кинетические явления в твердом параводороде с примесями. Показано, что в случае тяжелых примесей большая величина избыточного примесного теплосопротивления и его нелинейная зависимость от концентрации дефектов являются следствием интерференционных эффектов между нормальными фонон-фононными процессами, процессами переброса и резонансным рассеянием на квазилокальных уровнях примесей. Дана количественная интерпретация экспериментальных данных по теплопроводности растворов Ne в p-H2. Решена задача о неупругом рассеянии фононов на квадрупольных бинарных дефектах (парные кластеры ортоводорода).

Построена теория термодинамических свойств распадающихся твердых смесей изотопов гелия при произвольных концентрациях компонент в широкой области температур и впервые получено адекватное описание наблюдаемых в эксперименте температурных зависимостей теплоемкости твердых смесей 3Не-4Не выше температуры расслоения (во флуктуационной области). Показано, что при распаде слабых растворов 3Не-4Не возможно выпадение новой фазы в форме квазиодномерных (фрактальных) структур. Предложена модель для описания теплоемкости слабых твердых растворов 3Не в 4Не в случае, когда квазиодномерные выделения образуются путем оседания атомов 3Не на линиях решеточных дислокаций.

Предложена теоретическая модель для описания кинетики фазового расслоения слабых твердых растворов 3Не в 4Не. Показано, что процессы релаксации в этих системах контролируются подвижностью межфазных границ, ширина и скорость перемещения которых определяются параметрами квантовой диффузии примеси 3Не в матрице 4Не. Найдены времена релаксации гетерофазной субструктуры, которые хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Разработан ряд приближенных методов, дающих последовательное аналитическое описание термодинамики квантовых гейзенберговских ферро- (ФМ) и антиферромагнитных (АФМ) систем в широкой области температур: модифицированное приближение хаотических фаз для низкоразмерных ФМ и АФМ с произвольным спином; метод, основанный на ренорм-групповом подходе для двумерного ФМ с произвольным спином; метод, основанный на формализме двухвременных функций Грина с процедурой расцепления, явно учитывающей наличие ближнего и не предполагающей существования дальнего порядка в системе, для двумерных и квазидвумерных ФМ и АФМ систем со спином 1/2. Применительно к трехмерному квантовому гейзенберговскому ФМ разработан метод, основанный на представлении Барьяхтара-Криворучко-Яблонского для спиновых операторов. Получено описание термодинамических функций системы во всей области температур существования упорядоченной фазы.

С использованием методов, развитых в диссертации, интерпретирован ряд экспериментально наблюдаемых свойств конкретных физических систем. Объяснены зависимости температуры Нееля TN и температуры сверхпроводящего перехода Tc металлооксидных соединений от степени легирования.

Подробно проанализирована проблема применимости двумерной модели Гейзенберга для интерпретации экспериментально наблюдаемых физических свойств твердых монослоев 3Не, адсорбированных на графите. Показано, что в области покрытий, отвечающих ферромагнитному обмену, квантовая модель Гейзенберга со спином 1/2 на треугольной решетке правильно описывает температурное поведение теплоемкости и магнитной восприимчивости указанных систем в милликельвиновой области температур.

Ключевые слова: термодинамика, кинетика, криокристаллы, твердый водород, твердые растворы изотопов гелия, модель Гейзенберга, низкоразмерные магнетики.

Summary

Antsygina T. N. Thermodynamic, kinetic, and magnetic properties of quantum solids at low temperatures. - Manuscript.

Thesis for doctor's degree in physical and mathematical sciences by speciality 01.04.02. - theoretical physics. - B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 2000.

The thesis is devoted to the development of a consistent theory of thermodynamic, kinetic, and magnetic phenomena in quantum solids at low temperatures. It has been interpreted a variety of observed effects which till now have not had sufficient theoretical justifications.

Thermodynamic properties of nitrogen-type crystals as well as solid solutions of diatomic molecules in rare gas matrices have been investigated. Thermal resistivity of solid parahydrogen has been analyzed. It has been solved a problem on inelastic phonon scattering by quadrupolar pair orthodefects. The theory of thermodynamic and kinetic properties of separating solid mixtures of helium isotopes has been developed. For the first time it is obtained an adequate description for the temperature depen-dences of the heat capacity above the phase separation temperature. A number of approximate me-thods have been developed to describe thermodynamics of quantum Heisenberg ferro- and antiferro-magnets in a wide temperature range. The effect of doping on both the Neel temperature and the tempe-rature of superconducting transition for metal-oxide compounds have been explained. A problem on applicability of the Heisenberg model for an interpretation of the experimentally observed properties of 3Не layer solids has been solved.

Key words: thermodynamics, kinetics, cryocrystals, solid hydrogen, solid mixtures of helium isotopes, Heisenberg model, low-dimesional magnets.

Размещено на Allbest.ru