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(xué)性質(zhì)。當(dāng)一種磁學(xué)系統(tǒng)中內(nèi)部交換作用無法兼顧其晶格排列而使系統(tǒng)能量達(dá)到最低的現(xiàn)象稱為阻挫效應(yīng)。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(fù)雜和奇特的物理性質(zhì)，比如在Ca3Co2O6中出現(xiàn)多級(jí)磁化平臺(tái)行為。雖然這種磁化平臺(tái)行為已經(jīng)被很多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，但是對(duì)于產(chǎn)生這種現(xiàn)象的微觀機(jī)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(yīng)的三維堆

2、砌三角晶格結(jié)構(gòu)的伊辛模型。通過分析體系中自旋在外磁場(chǎng)中的穩(wěn)定性和自旋能量分布等行為，闡明帶有阻挫效應(yīng)的系統(tǒng)的低溫磁化行為及其產(chǎn)生機(jī)制。最終，將宏觀磁化行為與微觀自旋構(gòu)型一一對(duì)應(yīng)，給出了宏觀行為的微觀本質(zhì)。本論文主要進(jìn)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(qiáng)度表現(xiàn)出三個(gè)磁化平臺(tái)和兩個(gè)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(gòu)型，發(fā)現(xiàn)由于

3、層內(nèi)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(gè)向上自旋圍繞的磁有序構(gòu)型。在進(jìn)一步減小場(chǎng)強(qiáng)的情況下，層內(nèi)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(gòu)型，從而造成對(duì)應(yīng)的磁化平臺(tái)出現(xiàn)。經(jīng)過對(duì)自旋按照其自身交換能大小進(jìn)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(shí)反轉(zhuǎn)，并且向下自旋變化數(shù)所占的比例剛好是歸一化磁化強(qiáng)度值在兩個(gè)平臺(tái)間變化值的一半。當(dāng)層間耦合與層內(nèi)耦合大小相等時(shí)，磁化曲線表現(xiàn)出三個(gè)未閉合的磁滯回線和凈

4、磁矩，對(duì)應(yīng)磁化平臺(tái)的磁化強(qiáng)度值也不再是簡(jiǎn)單的整比例數(shù)，所獲得的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度也會(huì)表現(xiàn)出三個(gè)平臺(tái)，但無磁滯行為。平臺(tái)間的反轉(zhuǎn)場(chǎng)值與層間耦合值成正比。通過對(duì)體系內(nèi)平臺(tái)變化前后的自旋構(gòu)型的演變結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)自旋是以錯(cuò)層的形式存在，同時(shí)在層內(nèi)形成一個(gè)向下自旋由6個(gè)向上自旋包圍的構(gòu)型，導(dǎo)致形成的磁化平臺(tái)值與鐵磁性層間耦合的結(jié)果一樣。當(dāng)繼續(xù)減小外磁場(chǎng)時(shí)，也