量子自旋系統(tǒng)與磁性氧化物的量子磁性理論研究.pdf

1、近年來，隨著凝聚態(tài)物理學(xué)的迅速發(fā)展，對(duì)磁性物理學(xué)的研究也不斷的深化。這主要是因?yàn)樾陆l(fā)現(xiàn)的磁性材料系統(tǒng)所具有的許多奇異的性質(zhì)，如巨磁阻效應(yīng)、磁光活動(dòng)和磁致伸縮等。特別是研究發(fā)現(xiàn)第一代高溫銅氧化物超導(dǎo)體和第二代鐵基超導(dǎo)體的磁性質(zhì)可以用海森堡模型給予理論分析和預(yù)測(cè)。對(duì)磁性材料的研究已成為理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用中的熱門課題。這方面國際上近來的研究取得了一些引人注目的突破性成果，所取得的發(fā)現(xiàn)和成就不但對(duì)磁性物理學(xué)本身的發(fā)展有重要意義，還將對(duì)物理學(xué)的

2、其它領(lǐng)域和相關(guān)學(xué)科產(chǎn)生巨大的影響。因此，從研究物質(zhì)的磁性及其形成機(jī)理出發(fā)，探討提高磁性材料性能的新途徑，開拓磁性材料的新應(yīng)用領(lǐng)域已成為當(dāng)代磁學(xué)的主要研究方向和內(nèi)容。
　　 本文從微觀交換相互作用和耦合作用哈密頓模型出發(fā)，采用格林函數(shù)理論方法，在無規(guī)相退耦近似和Callen退耦近似下，研究反鐵磁系統(tǒng)、鐵磁系統(tǒng)和一些磁性化合物的相變溫度、磁化強(qiáng)度、磁化率和色散關(guān)系等磁性質(zhì)。
　　 本文包括六章。在第一章中，我們對(duì)磁性系統(tǒng)和一

3、些磁性氧化物的研究背景、基本概念及研究進(jìn)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)也簡(jiǎn)單的介紹本文的研究方法-雙時(shí)格林函數(shù)方法。
　　 在第二章中，研究了自旋量子數(shù)為1的三維易軸單粒子各向異性反鐵磁體的磁性質(zhì)。在無規(guī)相退耦近似和Callen退耦近似下，我們研究了系統(tǒng)的相變溫度、磁化強(qiáng)度和磁化率。在全溫度范圍內(nèi)，我們的研究表明：在低溫時(shí)，其結(jié)果與自旋波理論處理的結(jié)果一致；對(duì)于λ=1和D=0，其結(jié)果在溫度的中間范圍和相變溫度附近非常接近團(tuán)簇展開法、比

4、率法和高溫展開得到的結(jié)果；對(duì)于λ=1和D=0.5，其結(jié)果在溫度1.2≤T≤2.75時(shí)(對(duì)于簡(jiǎn)單立方晶格)和1.5≤T≤4(對(duì)于體心立方晶格)與團(tuán)簇展開法和比率法得到的結(jié)果一致，但是對(duì)于伊辛反鐵磁模型，其結(jié)果與團(tuán)簇展開法和比率法的結(jié)果有較大的偏離。
　　 在第三章中，研究了任意量子數(shù)的二維易軸各向異性的反鐵磁體磁性質(zhì)。在無規(guī)相退耦近似和Callen退耦近似下，詳細(xì)地討論了五種不同自旋磁性材料K：NiF4、Rb2MnF4、K2MnF

5、4、Rb2MnCl4和(CH3NH3)2MnCl4的相變溫度、交挫磁化強(qiáng)度和能隙。與實(shí)驗(yàn)和其它理論方法的結(jié)果比較，我們計(jì)算得到的相變溫度、能隙和零溫磁化強(qiáng)度等磁性物理量的結(jié)果非常好。我們的研究還表明：盡管Callen退耦近似的近似程度要高，但在全溫度范圍內(nèi)，無規(guī)相退耦近似的結(jié)果卻能更好的描述這些化合物的磁性質(zhì)，而且也驗(yàn)證了我們對(duì)這些二層結(jié)構(gòu)的磁性材料所選取的各向異性的合理性。
　　 在第四章中，我們采用格林函數(shù)方法，在無規(guī)相近似

6、下，從三維各向同性的混合自旋鐵磁海森堡模型出發(fā)，研究了稀土錳氧化物L(fēng)a1-xSrxMnO3的磁性質(zhì)。給出了磁化強(qiáng)度、相變溫度、小k自旋波色散波普和自旋波硬度的解析表達(dá)式，詳細(xì)地討論了相圖、磁化強(qiáng)度、小k自旋波色散波普和自旋波硬度與溫度和摻雜濃度之間的關(guān)系。我們的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)和其它理論結(jié)果符合的很好，同時(shí)表明我們的微觀模型和理論方法得到的結(jié)果能夠很好的描述鑭鍶錳氧化合物的鐵磁性質(zhì)。
　　 第五章中研究了橫場(chǎng)下的二維混合自旋各向異性海

7、森堡鐵磁體的磁性質(zhì)。通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方法，我們給出了系統(tǒng)相變溫度、高溫零場(chǎng)磁化率、自旋波速率、自旋波硬度和能隙的解析表達(dá)式。且對(duì)于hx=0，在低溫時(shí)，計(jì)算得到的[g(0)-g(T)]∝Tα值接近布洛赫定理的3/2冪次規(guī)律；對(duì)于hx→0的情況，在高溫極限下，磁化率xs≈JS(S+1)/(3κBT)和xs≈JS(S+1)/(3κBT)，其結(jié)果滿足居里一外斯定理。對(duì)于各向同性情況，結(jié)果嚴(yán)格遵守Mermin-Wagner定理。通過數(shù)值計(jì)算，詳細(xì)的研