低維自旋阻挫體系磁化過程中的微觀狀態(tài)變化模擬研究.pdf

1、近些年，人們相繼發(fā)現(xiàn)很多磁性材料在低溫下表現(xiàn)出異于高溫區(qū)的特殊磁學性質。當一種磁學系統(tǒng)中內部交換作用無法兼顧其晶格排列而使系統(tǒng)能量達到最低的現(xiàn)象稱為阻挫效應。幾何阻挫的存在無法使系統(tǒng)處于某一穩(wěn)定的基態(tài)上，在低溫下表現(xiàn)出復雜和奇特的物理性質，比如在Ca3Co2O6中出現(xiàn)多級磁化平臺行為。雖然這種磁化平臺行為已經(jīng)被很多科學家發(fā)現(xiàn)，但是對于產(chǎn)生這種現(xiàn)象的微觀機制仍然沒有統(tǒng)一的解釋。
　　本文采用蒙特卡洛模擬方法，研究具有阻挫效應的三維堆

2、砌三角晶格結構的伊辛模型。通過分析體系中自旋在外磁場中的穩(wěn)定性和自旋能量分布等行為，闡明帶有阻挫效應的系統(tǒng)的低溫磁化行為及其產(chǎn)生機制。最終，將宏觀磁化行為與微觀自旋構型一一對應，給出了宏觀行為的微觀本質。本論文主要進行如下幾方面的研究:
　　研究了鐵磁性層間耦合作用下雙層膜體系的磁化曲線。發(fā)現(xiàn)在磁化過程中磁化強度表現(xiàn)出三個磁化平臺和兩個磁滯行為，磁滯回線的寬度相等，并與層間交換作用大小成正比。通過分析體系中自旋的微觀構型，發(fā)現(xiàn)由于

3、層內交換耦合為反鐵磁性，首先出現(xiàn)的是向下自旋被周圍6個向上自旋圍繞的磁有序構型。在進一步減小場強的情況下，層內反鐵磁性耦合越來越起作用，最終形成向下與向上自旋相等的磁有序構型，從而造成對應的磁化平臺出現(xiàn)。經(jīng)過對自旋按照其自身交換能大小進行分類，發(fā)現(xiàn)向上自旋與向下自旋數(shù)目以3∶1的比例同時反轉，并且向下自旋變化數(shù)所占的比例剛好是歸一化磁化強度值在兩個平臺間變化值的一半。當層間耦合與層內耦合大小相等時，磁化曲線表現(xiàn)出三個未閉合的磁滯回線和凈

4、磁矩，對應磁化平臺的磁化強度值也不再是簡單的整比例數(shù)，所獲得的理論結果與實驗現(xiàn)象一致。
　　研究了反鐵磁性層間耦合作用下雙層膜體系的磁化曲線。發(fā)現(xiàn)磁化過程中磁化強度也會表現(xiàn)出三個平臺，但無磁滯行為。平臺間的反轉場值與層間耦合值成正比。通過對體系內平臺變化前后的自旋構型的演變結果分析，發(fā)現(xiàn)自旋是以錯層的形式存在，同時在層內形成一個向下自旋由6個向上自旋包圍的構型，導致形成的磁化平臺值與鐵磁性層間耦合的結果一樣。當繼續(xù)減小外磁場時，也