Введение к работе
Актуальность темы. Ускорение научно-технического прогресса определяет необходимость создания нових магнитных материалов,обладающих широким диапазоном магнитных,упругих,электрических и оптических свойств.В настоящее время имеется большое число соединений, магнитные взаимодействия в которых имеют достаточно сложную природу и не сводятся к простому обмену.Речь,в частности,идет о спиновых взаимодействиях тензорного характера: одноконной анизотропии (ОЛ) и мультипольних обменных взаимодействиях;константа которых для многих соединений на основе редкоземельных материалов являются величинами того же порядка или даже превосходят константы билинейного обмена.С одной стороны,традиционные методы квантовой теории .магнетизма оказываются неприродними для описания таких систем, что делает актуальной проблему разработки новых приемлемых. .микроскопических методов.С другой стороны,как показывают экспериментальные исследования,они обладают целим рядом уникальных свойств,таких как высокая намагниченность насыщения,исключительно болыаая кагнитострикция,разнообразие магнитных структур и магнит- . ных фазовых переходов,различные термодинамические и оптические аномалии и др.,что делает исключительно перспективним их примене-- ниє в технике (радиоэлектронике.вычислительной технике и т.ч.). При этом целенаправленный подбор материалов с необходимыми тех- ' ническимя свойствами возможен лишь в случае,когда основные харэ-кт теристики этих систем будут предсказаны теоретически.Это делает -чрезвычайно актуальной проблему теоретического исследования конкретных структур,реализуемых в таких системах,прогнозирования Закономерностей изменения их термодинамических,динамических и высокочастотных свойств при изменении внешних параметров,построения фазовых диаграмм,исследования фазовых переходов и т.п.
Оььектом приложения представленных в диссертации .исследований являются не только магнитные системы.Хорошо известно,что с помощью квазисггііііового формализма может быть описано болыгое число разнообразных-явлений в физике твердого'тела. В частности .рассмотрение конкурирующих векторных и тензорных взаимодействий оказывается важный при описании сегнэтоэлектриков с водородными енч.эяик в случае многоямного одночастичного потенциала,структурних фазовых
переходов в кристаллах с несколькими неэквивалентными положениями равновесия,ориентационного упорядочения в квантовых молекулярных кристаллах и т.п. явлений,и полученные в работе результаты непосредственно прилояимы к этим системам.В качестве примера в диссертации приведен" конкретные расчета для одной из таких систем -ор'иентационно-упорядоченной фазы твердых молекулярных ортоводорода и парадейтерия.
Цель диссертации состояла в
1) разработке микроскопических методов исследования магнитных
и. кзазиспийовых систем с конкурирующими векторными (спин-спиновым*?' и тензорными (ьысших степеней по спину) взаимодействиями произвольной" симметрии и интенсивности,позволяющих учитывать флуктуационные эффекты и эффекты взаимодействия флуктуации и описывать любые спи-ново- упорядоченные структуры,реализующиеся в таких системах;
2) применении этих методов для изучения широкого круга свойств
(динамических,термодинамических,высокочастотных) магнитодиэлект-
;раков с ОА,магнетиков с мультипольными обменными взаимодействиями , а таете некоторых квазиспиновых систем.
При.этом наиболее важными представлялись следующие вопросы: а) вопрос об определении и классификации всех типов упорядочен- . ного состояния s системах с тензорными взаимодействиями:
.6) свойства нетривиальных магнитоупорядоченных структур; '' в) вопрос о значении величины узельного спина S в формировании свойств магнетиков с тензорними взаимодействиями; г).особенности фазовых переходов (ФП) в спиновых системах с тензорными взаимодействиями и,главным образом,особенности спонтанного нарушения непрерывной симметрии,а также свойства фаз с непрерывно вырожденным основным состоянием.
Научная новизна.В диссертационной работе выполнен цикл новых, теоретических исследований,получено значительное число оригинальных, научных' результатов.Конкретно на защиту выносятся:
-
Метод исчерпывающего решения проблемы основного состояния спиновых и квазиспииовых систем с тензорными взаимодействиями, основывающийся на унитарных преобразованиях, групп Ли SU(n). .Классификация типов упорядоченного состояния в магнетиках с ОА.
-
Два альтернативных метода для исследования динамических и термодинамических свойств рассматриваемых систем - .-., квазнчаствчный подход,основанкный на развитом преобразовании к
Б'озе операторам для произвольной алгебры Ли SI'(n), обобщенная (по сравнению с техникой Вакса-Ларкина-Пикина [11) диаграммная техника для спиновых операторов.
3. Динамическая теория немагнитной фазн, реализуемой в магнетиках
с легкоплоскостной одноионной анизотропией (ЛП ОЛ), при произ
вольных значениях узельного спина и с учетом эффектов взаимо
действия- коллективных возбуждений. '
4, Ангармоническая теория тензорко-ферромагнитнои фазы с непрерыв
но вырожденным основным состоянием для ферромагнетика с Jifl ОЛ
при произвольном соотношении констант анизотропии ; обмена
(S-1).
'}. Результаты исследования зависимости свойств магнетика с ОА от значения узельного спина: фазовые диаграммы летколлоскостного "ферромагнетика (Щ) с одноионной и обменной анизотропией, реализующие в зависимости от соотношения параметров каскад ФП 2 рода, каскад ФП 1 рода или смешанный каскад переходов по магнитному полю и константе 01; ангармоническая теория произвольной колли-неаркой фазы в каскаде (нумеруемой числом ш) и анализ трансформации свойств фаз яри трансформации структура упорядочения - от " тензорної) при т=0 через тензорно ферромагнитные до насыщенной . <Л структуры при m=S.
. Анализ и систематизация всех возможных типов однородного упорядочения в спиновых системах с кооперативным» тензорными взаимодействиями. Полное решение проблемы основного состояния для случая произвольной симметрии -бменних взаимодействий,-ОЛ я . магнитного поля (S=l). Спектры низколеяащих возбуждений для фаз с Неподвижными и- подвижными углами. Ангармоническая теория немагнитной фазы с подвижной плоскостью квадрупольного
.. упорядочения.
. Особенности ориентацион^ых фазовых переходов со спонтанним
нарушением непрерывней симметрии в квантовых системах с
мультипольними взаимодействиями. ' "
. Расчет из первых принципов свойств квантовых молекулярных кристаллов орто-Нл и na'pa-D, в ориентационно-улорядоченнок . фазе -.квазиспиновых .систем с биквадратным "обменом".
Достоверность результатов,долучених в диссертаци'- рбесяечива-СЯ'использованием современных методов теоретического анцяи-|. выбором адекватного математического, аппарата, строгой абоено-
ценностью приблияений и допущений.
Залогом достоверности слунит совпадение асимптотик » предельных случаев с известными ранее (когда эти предельные случаи имеется), а также совпадение независимо полученных результатов для различных структур на границах их существования.Получение сходных результатов различными методами,такими как диаграммная техника и квазичастичный подход,также говорит об их достоверности.
' Наконец,» тех случаях,где возможно,проведено сравнение с экспериментальными данными и показано хорошее согласие теории с экспериментом.
Научная и практическая ценность диссертационной работы имеет два'основных аспектах одной стороны,в ней разработан общий метод теоретического исследования квантовых систем с тензорними взаимодействиями, универсальный относительно объекта приложения(т.е. применимый при произвольной симметрии взаимодействий,произвольней ОА,произвольном направлении магнитного поля).Этот метод может быть применен ке только для изучения динамических и термодинамических свойств рассма,гр!1Еаеинх систем,но и для решения других задач теориї магнетизма.Кроме того метод мошвт быть испо'льзован прі! исследованш немагнитных систем,допускающих квазиспиновое описание.
С другой стороны, в диссертационной работе при рассмотрении конкретных систем получено большое число формул,которые выражают температурные,полевые я т.п. зависимости термодинамических и динамических величин,а также высокочастотных восприимчивостей в ^различных областях параметров и допускаю? прямую экспериментальную) проверку; предсказано большое число аномальных эффектов,что стимулирует постановку новых экспериментов и теоретическое исследование других свойств рассматриваемых систем.
Кроме:тог- полученные результаты могут быть использованы в технике для создания новых магнитных приборов и технических устройств .
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались-на следующих конференциях, совещаниях, школах и симпозиумах:
Всесоюзном рабочем Совещания по проблеме водорода и его аномальных счетоятай (Москва, 1977);
Школе-симпозиуме по избранным вопросам теории твердого тем и полупроводников (Черновцы, 197?);
21 и 24 Всесоюзных Совещаниях пс физике низких температур
(Харьков. 1980; Тбилиси, 1986);
13, 15, 16, 17 и 18-ой Всесоюзных конференциях по физике магнитных являенин (Донецк, 1977; Пермь, 1981; Тула, 1983; Донецк, 1985; Калинин 1988);
Всесоюзном Семинаре "Магнитные фазовые переходы и критические явления" (Махачкала, 1984);
.- Всесоюзном Семинаре по спиновым волнам (Ленинград, 1984, 19.36);
Всесоюзной школе физиков-теоретиков 'Коуровка-21" (Свердловск, 1986);
Всесоюзном семинаре по низкотемпературной физике металлов (Донецк, 1904, 1988);
-10-м Одесском Симпозиуме по теоретичьл<ой физике (Одесса. 1985); а также научных семинарах в МИ АН СССР им.В.Л.Стеклова, ФТКНТ ЛН УССР, Институте физ. проблем АН СССР, Институте металлофизики ЛН УССР, 1№ СО ЛН СССР и др.
Публикации.Основные результаты опубликованы в 38 работах,список которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения,трех чае.тен (содержащих три,четыре и три главы,соответственно) .заключена и пяти приложений математического характері.Общий объем основного текста диссертации - 353 стр.,в том числе 43 рисунка и список цитируемой литературы из 207 наименований.Приложения^вынесенные я отдельный том, занимают 75 стр.
