Влияние фрустрирующих взаимодействий на магнитные свойства оксиборатов
Интеграл внутриатомного обмена - разность энергий основного и возбужденного состояния терма, для которого один из электронов изменил направление спина. Анализ зависимости температуры упорядочения оксиборатов от значений фрустрирующих взаимодействий.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.04.2018 |
| Размер файла | 20,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Возросший интерес к оксиборатам привёл к детальному изучению их структурных, транспортных и магнитных свойств. Наибольший интерес вызывают магнитные свойства указанных материалов, среди которых наиболее примечательными является необычайно сильная магнитная анизотропия и значительные фрустрирующие взаимодействия магнитных ионов. В последнее время попытки объяснить экспериментально обнаруженные феномены позволили исследователям создать целый ряд гетерометаллических образцов с различным замещением ионов кобальта, как на магнитные, так и немагнитные ионы. Эти кристаллы проявляют отличные от родительского образца магнитные свойства.
Мы считаем, что основные причины указанных фактов находятся в особом построении магнитных подрешёток в образцах, что безусловно отражается на обменных взаимодействиях в образцах. Поэтому в данной работе были предприняты попытки объяснения динамики изменения магнитных свойств с помощью аналитического метода расчёта косвенных обменных взаимодействий в образцах, среди которых родительский состав Co3BO5, и дочерние, допированные переходными химическими элементами, а именно Co1,7Mn1,3BO5, Co2,38Ga0,62BO5, Co2.88Cu0.12O2BO3, кристаллическая структура, которых была детально разрешена с помощью рентгеновской дифракции в наших работах ранее.
Как показали результаты рентгеновской дифракции, все образцы имеют четыре неэквивалентные позиции, ответственные, по-видимому, за особенности в магнитных свойств.
Таблица 1 - Температура магнитного упорядочения образцов
|
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Образец |
Co3BO5 |
Co1,7Mn1,3BO5 |
Co2.88Cu0.12O2BO3 |
Co2,38Ga0,62BO5 |
|
|
Доля замещения, % |
0,0 |
43,3 |
4,0 |
20,7 |
|
|
TN, K |
43 |
41 |
43 |
36 |
Отметим, что температуры Нееля для указанных соединений несомненно зависит от состава. Однако, равенство температур упорядочения родительского состава и образца с медью что для образца 3 объясняется малой долей замещения допируемого элемента.
Теперь обратимся непосредственно к расчёту обменных взаимодействий, разработанному в Институте физики СО РАН (г. Красноярск). Метод предполагает разделение интра- и интератомных взаимодействий со своими характеристиками. Немаловажным является определение знака обменного взаимодействия. Эта модель позволяет рассчитать обменные интегралы косвенной связи ионов через промежуточный лиганд. При этом необходимо учитывать заселённость индивидуальных орбиталей, которая определяет возможность обмена катион-лиганд-катион. Знак косвенного обменного взаимодействия также определяется заселённостью орбиталей.
Так, если взаимодействие происходит через две однократно занятые орбитали, то обменное взаимодействие носит антиферромагнитный характер, электрон в этом случае возбуждается на «соседний» катион, для определения интеграла взаимодействия в этом случае пользуются энергией электронного возбуждения кислород-катион. В то время как двукратно занятая или пустая орбиталь и однократно занятая взаимодействуют ферромагнитно и возбуждение электрона происходит на более высокий уровень, поэтому используется интеграл внутриатомного обмена.
Интеграл внутриатомного обмена представляет собой разность энергий основного состояния и первого возбужденного состояния терма, для которого один из электронов изменил направление спина на противоположное. Он определяется экспериментально из оптических спектров или рассчитывается из параметров Рака.
В результате расчёта с использованием среды программы MathCAD, были получены следующие значения интеграла обменного взаимодействия. Значения обменных интегралов в кельвинах представлены в таблице 2. Стрелками условно показано направление магнитных моментов. Жирным шрифтом выделены фрустрирующие взаимодействия в образце, влияющие на установление магнитного порядка.
Анализируя знаки и соотношение величин межподрешеточных взаимодействий видим, что число магнитных подрешеток совпадает с числом кристаллографических неэквивалентных позиций. Т. е. родительский состав в магнитном отношении является четырехподрешеточным магнетиком.
В таблицах наглядно показано, что все взаимодействия кроме выделенных жирным шрифтом, являются упорядочивающими. Заметим, что наибольший фрустрирующий вклад вносит взаимодействие 4-4, которое и будем рассматривать как решающее во влиянии на магнитные свойства монокристаллов
Таблица 2 - Значения обменного интеграла для Co3BO5
|
№ позиции |
1^ |
2^ |
3v |
4v |
|
|
1^ |
4,10 |
0,0 |
-1,58 |
-2,11 |
|
|
2^ |
0,0 |
4,10 |
-3,69 |
-5,19 |
|
|
3v |
-1,58 |
-3,69 |
-4,10 |
-3,40 |
|
|
4v |
-2,111 |
-5,19 |
-3,40 |
-5,44 |
Таблица 3 - Значения обменного интеграла для Co1,7Mn1,3BO5
|
№ позиции |
1^ |
2^ |
3v |
4v |
|
|
1^ |
0,766 |
0,0 |
-1,129 |
-1,67 |
|
|
2^ |
0,0 |
0,766 |
1,504 |
-2,936 |
|
|
3v |
-1,129 |
1,504 |
-2,907 |
-3,836 |
|
|
4v |
-2,111 |
-2,936 |
-3,836 |
-2,262 |
Таблица 4 - Значения обменного интеграла для Co2.88Cu0.12O2BO3
|
№ позиции |
1^ |
2^ |
3v |
4v |
|
|
1^ |
4,10 |
0,0 |
-1,043 |
-1,374 |
|
|
2^ |
0,0 |
4,10 |
3,688 |
-5.501 |
|
|
3v |
-1,043 |
3,688 |
4,900 |
1,75 |
|
|
4v |
-1,374 |
-5.501 |
1,75 |
-4,407 |
Таблица 5 - Значения обменного интеграла для Co2,38Ga0,62BO5
|
№ позиции |
1^ |
2^ |
3v |
4v |
|
|
1^ |
4,10 |
0,0 |
-1,577 |
-0,963 |
|
|
2^ |
0,0 |
4,10 |
-3,116 |
-2,00 |
|
|
3v |
-1,577 |
-3,116 |
4,10 |
-1,551 |
|
|
4v |
-0,963 |
-2,00 |
-1,551 |
-1,132 |
Также, как показали данные рентгеновской дифракции, замещение химическими элементами в родительском составе происходит в основном в позициях 2 и 4, что связано с распределением градиента электрического поля и влияния кристаллического поля.
В ходе данной работы был произведён расчёт обменных взаимодействий и в дочерних составах. Результаты расчёта показали качественно идентичную структуру с родительским образцом, и различия обнаруживаются только в количественном соотношении значений обменного интеграла. Для позиции 4 получаем следующую графическую зависимость температуры упорядочения от значений фрустрирующих взаимодействий, представленную на Рис. 1.
оксиборат внутриатомный фрустрирующий электрон
Рис. 1 - Зависимость температуры упорядочения от значений фрустрирующих взаимодействий
График показывает, что с уменьшением фрустраций в образцах уменьшается и температура магнитного упорядочения. В образце Co2,38Ga0,62BO5 температура упорядочения наименьшая. Ионы, замещающие в родительском составе кобальт, имеют симметричную d-оболочку, что объясняет их диамагнитный характер. И, по-видимому, приводит к уменьшению фрустрирующих взаимодействий в образцах. Таким образом, фрустрирующие взаимодействия не могут быть однозначно отнесены к разупорядочиваещему фактору магнитной системы, и их влияние, как показывают проведённые расчёты, значительно сложнее и требуют повышенного внимания при исследовании магнитной структуры.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Магнитные моменты электронов и атомов. Намагничивание материалов за счет токов, циркулирующих внутри атомов. Общий орбитальный момент атома в магнитном поле. Микроскопические плотности тока в намагниченном веществе. Направление вектора магнитной индукции.
презентация [2,3 M], добавлен 07.03.2016Ge/Si гетероструктуры с квантовыми точками, рост и особенности упорядочения и эффекты самоорганизации. Влияние температуры роста и качества поверхности на формирование квантовых наногетероструктур Ge/Si. Методика и значение дифракции быстрых электронов.
курсовая работа [993,4 K], добавлен 28.08.2015Исследование кристаллической структуры поверхности с помощью рентгеновских и электронных пучков. Дифракция электронов низких и медленных энергий (ДЭНЭ, ДМЭ), параметры. Тепловые колебания решетки, фактор Дебая-Валлера. Реализация ДЭНЭ, применение метода.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 08.06.2012Ферромагнетики как вещества, в которых ниже определенной температуры устанавливается ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов или моментов коллективизированных электронов: характеристика и свойства. Ферритовое запоминающее устройство.
контрольная работа [192,5 K], добавлен 15.06.2014Понятие "единой теории полей", анализ известных типов взаимодействий, направлений их объединения. Суть основных положений и достижений современной физики. Особенности физики элементарных частиц. Теории электрослабого взаимодействия, "всего", суперструн.
курсовая работа [636,9 K], добавлен 23.07.2010Прямоугольный потенциальный барьер. Туннельный эффект как квантовый переход системы через область движения, запрещённую классической механикой. Кажущаяся парадоксальность данного эффекта. Вырывание электронов из металла. Контактная разность потенциалов.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.02.2010Биографии Г. Герца и Д. Франка. Их совместная работа: исследование взаимодействия электронов с атомами благородных газов низкой плотности. Анализ энергий электронов, претерпевших столкновения с атомами. Характеристика вакуумной и газонаполненной лампы.
реферат [1,1 M], добавлен 27.12.2008Расчет температурной зависимости концентрации электронов в полупроводнике акцепторного типа. Определение и графическое построение зависимости энергии уровня Ферми от температуры: расчет температур перехода к собственной проводимости и истощения примеси.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 15.02.2013Анализ публикаций о новых магнитоэлектрических материалах. Особенности синтеза при высоких давлениях керамик Bi2NiMnO6 и Bi2CoMnO6, их структурные особенности, фазовые превращения, магнитные и электрические свойства в зависимости от условий синтеза.
реферат [3,1 M], добавлен 26.06.2010Понятие плазмы тлеющего разряда. Определение концентрации и зависимости температуры электронов от давления газа и радиуса разрядной трубки. Баланс образования и рекомбинации зарядов. Сущность зондового метода определения зависимости параметров плазмы.
реферат [109,9 K], добавлен 30.11.2011Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы и внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов и получение низких температур. Виды межмолекулярных взаимодействий. Метастабильные состояния.
реферат [660,6 K], добавлен 06.09.2011Виды фундаментальных взаимодействий в физике. Классификация, характеристика и свойства элементарных частиц. Несохранение чётности в слабых взаимодействиях. Структура и систематика адронов. Теория унитарной симметрии. Кварки как гипотетические частицы.
реферат [24,3 K], добавлен 21.12.2010Изучение явления диамагнетизма и парамагнетизма. Магнитная восприимчивость атомов химических элементов. Магнитный атомный порядок и спонтанная намагниченность у ферромагнитных минералов. Твердая, жидкая и газовая фазы. Магнитные свойства осадочных пород.
презентация [282,8 K], добавлен 15.10.2013Основные характеристики и классификация элементарных частиц. Виды взаимодействий между ними: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Состав атомных ядер и свойства. Кварки и лептоны. Способы, регистрация и исследования элементарных частиц.
курсовая работа [65,7 K], добавлен 08.12.2010Четыре типа взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, ядерное (сильное), слабое. Фундаментальные свойства зарядов. Закон Кулона. Напряженность поля. Теорема Гаусса. Дифференциальная формулировка закона Кулона. Объемная плотность заряда шара.
реферат [87,3 K], добавлен 21.10.2013Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.
презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013Основные закономерности сенсибилизированной фосфоресценции в твёрдых растворах органических соединений. Растворители и соединения. Зависимость константы скорости излучательного перехода триплетных молекул акцептора от концентрации смеси.
курсовая работа [275,6 K], добавлен 07.04.2007Классификация веществ по электропроводности. Расчёт эффективной массы плотности состояний электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне, концентраций свободных носителей заряда. Определение зависимости энергии уровня Ферми от температуры.
курсовая работа [913,5 K], добавлен 14.02.2013Основные критерии классификации магнитных материалов. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей. Свойства ферритов и магнитодиэлектриков. Магнитные материалы специального назначения. Анализ магнитных цепей постоянного тока.
курсовая работа [366,4 K], добавлен 05.01.2017Энергия связывания нейтрона в ядре урана и проверка возможности ядерной реакции. Расчет атомной массы и активности радионуклида. Нахождение энергий, получаемых атомами при их соударении, комптоновское происхождение электронов, их кинетическая энергия.
контрольная работа [297,5 K], добавлен 17.06.2012
