Вплив магнітного поля на стани антиферомагнетиків з переважною взаємодією Дзялошинського - Автореферат

Крім того, що антиферомагнетики, як і багато інших магнітних матеріалів, знаходять усе більш ширше застосування в таких галузях науки й техніки як обчислювальна й лазерна техніка, прикладна магнітоакустика й магнітооптика, СВЧ - спектроскопія й мікроелектроніка, увага до вивчення фізичних властивостей антиферомагнетиків повязана з можливістю співіснування надпровідності й антиферомагнетизму, а також з великими перспективами, повязаними з реалізацією наноструктур і в антиферомагнетиках і в багатьох інших магнітовпорядкованих кристалах. Є антиферомагнетики, у яких взаємодія Дзялошинського не вносить анізотропію в базисній площині (антисиметрична форма взаємодії Дзялошинського), і такі антиферомагнетики, у яких взаємодія Дзялошинського вносить анізотропію в базисній площині (симетрична форма взаємодії Дзялошинського). З величезної кількості експериментальних і теоретичних досліджень можна зробити висновок, що поведінка магнітної підсистеми вказаних типів антиферомагнетиків у магнітному полі паралельному осі OY (або що теж саме, в магнітному полі паралельному осі ОХ, принципово важлива сама умова перпендикулярності магнітного поля осі найлегшого намагнічування, яка паралельна осі OZ) не залежить від того, вносить взаємодія Дзялошинського анізотропію в базисну площину чи ні. Проте експериментальні роботи показали, що в легкоосному тетрагональному антиферомагнетику COF2, якому властива сильна взаємодія Дзялошинського, із зростанням магнітного поля паралельного осі найлегшого намагнічування замість звичайного переходу вектора антиферомагнетизму l зі стану OZ у стан l OZ відбувається перехід l з антиферомагнітної фази в кутову. Оскільки й антиферомагнетику MNF2 і антиферомагнетику COF2 властива взаємодія Дзялошинського, яка вносить анізотропію до базисної площини, але в першому випадку спостерігається спін-флоп перехід, а в другому його немає, то було проведено (Хоруженко О.О., Чепурних Г.К.) більш докладне вивчення станів магнітної підсистеми й доведено, що під впливом зовнішнього магнітного поля, паралельного осі найлегшого намагнічування, перехід з антиферомагнітної фази в кутову (замість зазвичай спостережуваної «перекинутої» фази) є загальною властивістю для всіх тетрагональних антиферомагнетиків з переважною взаємодією Дзялошинського незалежно від того впливає чи ні магнітне поле на величину намагніченості підграток М1 і М2.Використання строгого математичного аналізу, зокрема, використання диференціальної геометрії з урахуванням особливостей фізичних властивостей на критичних лініях фазових переходів: це лінії, що обмежують область метастабільних станів при фазових переходах першого роду і лінії фазових переходів другого роду, є зручним способом побудови магнітних фазових діаграм. Для визначення критичного (трикритичного) кута, у межах якого відбувається фазовий перехід першого роду необхідно скористатися теорією фазових переходів Ландау й записати термодинамічний потенціал (1) у вигляді З діаграми станів у змінних і слідує, що при тих співвідношеннях між параметрами термодинамічного потенціалу при яких , фазовий перехід під впливом магнітного поля Н () відбувається у вигляді переходу другого роду, а при у вигляді переходу першого роду. З рівняння А = 0 при =0 отримуємо, що лінія фазових переходів на діаграмі - є лінією фазових переходів тільки другого роду, якщо співвідношення між параметрами термодинамічного потенціалу таке, що на діаграмі - параметр . Якщо співвідношення між параметрами термодинамічного потенціалу таке, що параметр , то лінія, що визначається рівнянням А = 0, при зменшенні перейде з лінії фазових переходів другого роду в лінію нижнього поля лабільності фазових переходів першого роду.У рамках теорії фазових переходів Ландау показано, що зміна напрямку магнітного поля критичним образом перебудовує стан магнітної підсистеми тетрагональних антиферомагнетиків з переважною взаємодією Дзялошинського. Показано, що лінії переходів другого роду між фазами, в одній з яких вектор антиферомагнетизму складає кут з віссю найлегшого намагнічування, а в іншій-належить до базисної площини, обмежені по обидва боки трикритичними точками, у яких відбувається перехід у криву переходів першого роду. У випадку антисиметричної взаємодії Дзялошинського критичний кут, у межах якого відбувається перехід першого роду - це кут між віссю найлегшого намагнічування й напрямом магнітного поля, а при симетричній взаємодії Дзялошинського - це кут між базисною площиною й напрямом магнітного поля.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. У рамках теорії фазових переходів Ландау показано, що зміна напрямку магнітного поля критичним образом перебудовує стан магнітної підсистеми тетрагональних антиферомагнетиків з переважною взаємодією Дзялошинського.

2. Уперше побудована фазова діаграма, що визначає магнітні стани в залежності від компонентів поля, одна з яких спрямована вздовж осі найлегшого намагнічування, а інша належить до базисної площини. Показано, що лінії переходів другого роду між фазами, в одній з яких вектор антиферомагнетизму складає кут з віссю найлегшого намагнічування, а в іншій -належить до базисної площини, обмежені по обидва боки трикритичними точками, у яких відбувається перехід у криву переходів першого роду.

3. У випадку антисиметричної взаємодії Дзялошинського критичний кут, у межах якого відбувається перехід першого роду - це кут між віссю найлегшого намагнічування й напрямом магнітного поля, а при симетричній взаємодії Дзялошинського - це кут між базисною площиною й напрямом магнітного поля. Звідси й істотні розходження в поводженні магнітної підсистеми в магнітному полі.

4. Побудовані магнітні діаграми (і, отже, стани) якісно однакові як для антиферомагнетиків, у яких намагніченості підрешіток не залежать від величини магнітного поля, так і для антиферомагнетиків, у яких намагніченості підрешіток залежать від величини магнітного поля.

5. Якщо магнітне поле має складову вздовж осі найлегшого намагнічування, але не належить площині, утвореною цією віссю й напрямком [100] (чи [010]), то вектор антиферомагнетизму не може переходити в базисну площину.

6. Знайдені магнітні стани необхідні для визначення взаємодії магнітних і пружних хвиль і типу доменної структури.

7. Компоненти тензора статичної магнітної сприйнятливості, визначені в околиці трикритичних точок, дозволяють використовувати діелектричний резонанс для побудови магнітної фазової діаграми антиферомагнетиків з переважною взаємодією Дзялошинського.

1. Барьяхтар В. Г. О спин-флоп фазовом переходе в наклонном магнитном поле / В. Г. Барьяхтар, Б. А. Иванов // ФНТ. - 1986. - Т. 12, №8. - С. 188-190.

2. Ferromagnetism of thermoelastic martensites: Theory and experiment / V. A. Chermenko, V. A. Lvov, S. P. Zagorodnyuk [and others] // Phys. Rev. B. - 2003. - Vol. 67. - P. 064407(6). - Режим доступу до журн. : http://link.aps.org/doi/10.1103/PHYSREVB.67.064407.

Список опублікованих робіт по темі дисертації

1. Завражная Е. М. Диаграмма состояний антиферромагнитного фторида кобальта / Е. М. Завражная, Г. К. Чепурных // ФТТ. - 2006. - Т. 48, №7. - С. 1239 - 1243.

2. Завражная Е. М. Диаграмма состояний антиферромагнетика с преобладающим взаимодействием Дзялошинского / Е. М. Завражная, Г. К. Чепурных // ФНТ. - 2007. - Т. 33, №1. - С. 69 - 77.

3. Завражная Е. М. Состояния фторида кобальта в сильном магнитном поле / Е. М. Завражная, Г.К. Чепурных // ФТТ. - 2008. - Т. 50, №5. - С. 846 - 848.

4. Завражная Е. М. Резонансные методы определения трикритических точек в тетрагональных антиферромагнетиках / Е. М. Завражная, О. Г. Медведовская, Г. К. Чепурных // Доповіді НАН України. - 2008. - №4. - С. 97 - 101.

5. Завражная Е. М. Фазовые переходы в антиферромагнетиках с преобладающим взаимодействием Дзялошинского / Е. М. Завражная // Актуальные вопросы теоретической и прикладной физики и биофизики : Третьей Всеукр. науч.-технич. конф. «Физика. Биофизика -2007», 23 - 28 апр. 2007 г.: материалы конф. - Севастополь, 2007. - С.19 - 20.

6. Завражная Е. М. Особенности состояний тетрагональных антиферромагнетиков в сильном магнитном поле / Завражная Е. М., Медведовская О. Г., Хоруженко О. А., Чепурных Г. К. // Актуальные проблемы физики твердого тела: сб. докл. Междунар. науч. конф., 23 - 26 октября 2007 г. : тезисы докл. - Минск, 2007. - Т. 1. - С. 284 - 286.

7. Завражная Е. М. Особенности резонансных свойств в окрестности фазовых переходов антиферромагнетиков с сильным взаимодействием Дзялошинского / Завражная Е. М., Медведовская О. Г., Чепурных Г. К. // Актуальные проблемы физики твердого тела: сб. докл. Междунар. науч. конф., 23 - 26 октября 2007 г. : тезисы докл. - Минск, 2007. - Т. 1. - С. 287 - 290.