強磁場下低維磁性材料的磁學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、近些年來，分子固體磁性材料的研究成為交叉學(xué)科領(lǐng)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(shè)計引起了人們的廣泛關(guān)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(jié)構(gòu)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(zhì)及磁化平臺產(chǎn)生的原因，我們參照已有的相關(guān)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(xué)

3、、熱力學(xué)及相變性質(zhì)進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低溫下，當(dāng)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(diào)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(xué)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(jié)構(gòu)；零場時，元激發(fā)譜的帶結(jié)構(gòu)由三支構(gòu)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(dāng)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(dāng)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(guān)閉，能隙從開始關(guān)閉到被完全關(guān)閉所需磁場強度分別對應(yīng)著磁化平臺的產(chǎn)生和結(jié)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(dāng)鏈內(nèi)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(jié)構(gòu)，其峰值來源于系統(tǒng)的強反鐵磁短程關(guān)聯(lián)作用。我們的理論結(jié)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(yù)言了一些新