分子磁體Ni-,4-宏觀量子效應(yīng)研究.pdf

1、量子隧穿效應(yīng)是微觀粒子的基本特性之一。對(duì)于宏觀的體系，由于環(huán)境的退相干和不同個(gè)體的統(tǒng)計(jì)平均的作用，很難體現(xiàn)出量子隧穿效應(yīng)。而在一般的分子磁體材料里，每個(gè)磁性分子都是一樣的，并且它們之間的磁相互作用小到可以忽略，屏蔽量子效應(yīng)的因素不再存在，結(jié)果人們就在宏觀磁測(cè)量中發(fā)現(xiàn)量子隧穿效應(yīng)。研究這類宏觀量子隧穿效應(yīng)，可以了解宏觀尺度上量子力學(xué)行為與經(jīng)典力學(xué)行為的聯(lián)系和區(qū)別。按直觀推理，如果在分子之間引入不可忽略的相互作用，那么原來的宏觀量子隧穿效應(yīng)

2、就可能觀察不到或者變得復(fù)雜化。 分子磁體Ni4是一種獨(dú)特的分子磁體材料，分子之間有較強(qiáng)的交換相互作用，我們也在實(shí)驗(yàn)上觀察到這種交換相互作用引起的0.91K反鐵磁相變。然而，我們?cè)诮涣鞔呕蕼y(cè)量中，出乎意料地發(fā)現(xiàn)分子磁體Ni4存在著非常有規(guī)律的宏觀量子隧穿效應(yīng)。其共振隧穿總是發(fā)生在等間隔的幾個(gè)磁場(chǎng)點(diǎn)上。 針對(duì)于Ni4分子磁體的共振隧穿效應(yīng)，我們提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的物理圖象：由于交換相互作用的存在，參與隧穿的分子的能量不僅取決于

3、自身的自旋狀態(tài)，而且還與通過反鐵磁交換相互作用與之耦合的最近鄰分子的自旋狀態(tài)有關(guān)，分子哈密頓量可表示為：H=—DSz2—gμBμBOSz·Hz+∑iJSz·Sz，i，其中Sz為此分子自旋在z方向的分量算符，Sz，i最近鄰分子的自旋算符在z方向分量，J為交換作用能常數(shù)。在掃場(chǎng)的過程中，只有當(dāng)參與隧穿的分子自旋翻轉(zhuǎn)前后，根據(jù)上式算出的能量不發(fā)生變化時(shí)，共振隧穿才能發(fā)生。根據(jù)實(shí)驗(yàn)上得到的共振場(chǎng)位置，我們算出Ni4分子磁體里分子之間的交換相互作

4、用能大小為：J=0.019K。據(jù)此物理圖象，我們自洽地解釋了實(shí)驗(yàn)上觀察到的其他有關(guān)現(xiàn)象：0.9K以下零場(chǎng)的共振峰消失，體系的共振隧穿依賴于其初始狀態(tài)等等。根據(jù)這個(gè)圖象，我們預(yù)測(cè)了一些可能發(fā)生在極低溫的，有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如果體系的初始狀態(tài)為零場(chǎng)下的反鐵磁，那么0.11T或-0.11T處的共振峰會(huì)消失；假如我們從正向的飽和磁場(chǎng)出發(fā)，體系的初始狀態(tài)為所有自旋排列一致，如果以極快的掃場(chǎng)速度躍過共振場(chǎng)0.21T后，會(huì)在0.11T共振場(chǎng)處發(fā)生一種自