Введение к работе
Характерной особенностью современных исследований в области физики магнетизма является учет влияния квантовых эффектов, наблюдаемых в ряде магнитных соединений Это обусловлено успехами современных технологий, которые позволяют создавать новые материалы, физические свойства которых определяются квантовыми эффектами Такими материалами являются, например, TmAu2, GdMg, CrBr3, UPd3, UCu2Sn и др, а к их нестандартным свойствам можно отнести следующие скошенная двухподрешеточная структура (этот скос оказывается гигантским по сравнению с эффектами Дзялошинского-Мориа, например, в антиферромагнетиках) Кроме того, таким магнетикам свойственен магнитный полиморфизм В рамках модели Гейзенберга адекватно описать свойства таких магнетиков невозможно В ряде работ было высказано предположение, что магнитные свойства таких соединений можно объяснить, учитывая высшие, по спиновым операторам, обменные взаимодействия, например биквадратичное обменное взаимодействие Такие магнитоупо-рядоченные системы получили название негейзенберговских магнетиков
Учёт немалого биквадратичного взаимодействия приводит к реализации спиновых структур квадрупольного типа При этом, в основном состоянии кристалла все средние проекции спиновых операторов равны нулю, а упорядочение происходит не по магнитному моменту, а по квадрупольному (спины свободно вращаются в плоскости перпендикулярной к оси квантования) Спонтанное нарушение симметрии в этой фазе определяется квадрупольными средними типа (S'SJ + S'S'\, геометрическим образом которых является эллипсоид с полуосями, равными
Эффекты, связанные с квантовыми флуктуациями оказываются наиболее сильными в системах низкой размерности Физические свойства квазидвумерных кристаллов существенно отличаются от свойств трёхмерных систем Согласно теореме Мермина - Вагнера, в двумерных изотропных магнетиках при отличных от нуля температурах отсутствует дальний магнитный порядок (ДМП) Математически это означает расходимость интеграла флуктуации на нижнем пределе Однако, учет магнитодипольного (МД) взаимодействия изменяет закон дисперсии магнонов - он становится корневым, что обеспечивает сходимость интеграла флуктуации, а, следовательно, существование ДМП Спонтанная намагниченность может также быть обусловлена маї нитоупругим (МУ) взаимодействием Это утверждение было доказано Ивановым и Тартаковской для двумерного легкоплоскостного антиферромагнетика Сходимость флуктуационного интеграла в этом случае обусловлена наличием МУ щели в спектре квазимагнонов
Таким образом, актуальность диссертационной работы связана с дальнейшим исследованием динамических свойств и фазовых состояний двумерных магнитоупо-рядоченных систем, с ярко выраженными квантовыми свойствами, что имеет большое прикладное значение
Связь работы с научными программами, планами, темами Исследования, выполненные в диссертационной работе, соответствуют научной тематике кафедры теоретической физики Таврического национального университета им В И Вернадского Работа выполнена в рамках программы «Исследование динамических и ста-
2 тистических свойств магнитоупорядоченных веществ», зарегистрированной в ЦНТИ № 0197U001961 В диссертацию включены результаты исследований, проводящихся в рамках проектов Министерства образования и науки Украины № 235/03, 250/06
Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие теории переориентационных фазовых переходов в двумерных гейзенберговских и негейзенберговских ультратонких ферромагнитных пленках, изучение возможности формирования фаз с неоднородным распределением квадру-польных параметров порядка Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи
Исследовать стабилизацию ДМП в двумерных гейзенберговских и негейзенберговских ферромагнетиках с МУ и МД взаимодействиями Оценить температуру Кюри таких систем
Изучить возможность формирования фаз с неоднородным распределением квадрупольных параметров порядка в двумерных негейзенберговских ферромагнетиках
Исследовать переориентационные фазовые переходы по материальным константам в двумерной ферромагнитной пленке с учетом МД и МУ взаимодействий при наличии двух конкурирующих факторов - обменной и одноионной анизотропии
Изучить влияние внешнего магнитного поля на фазовые состояния двумерного анизотропного негейзенберговского магнетика с учетом МД и МУ взаимодействий
Исследовать фазовые переходы по температуре в двумерных и трехмерных негейзенберговских ферромагнетиках
Научная новизна полученных результатов Все перечисленные выше задачи являются оригинальными научными проблемами, которые были впервые сформулированы и решены в виде, приведенном в диссертации В частности, диссертационная работа содержит следующие новые результаты
Изучено влияние как МУ, так и МД взаимодействий на стабилизацию ДМП в двумерных гейзенберговских ферромагнетиках Проведена оценка температуры Кюри при различных соотношениях материальных констант
Впервые показано, что в двумерном негейзенберговском ферромагнетике могут реализовываться не только пространственно-однородные фазы (квадрупольная и ферромагнитная), но и состояние с неоднородным распределение тензора квадрупольных моментов Определена область существования квадрупольного пространственно-неоднородного состояния
Впервые показано, что конкуренция между обменной и одноионной анизо-тропиями, при учете МУ и МД взаимодействий, приводит к реализации каскада фазовых переходов в ультратонких магнитных пленках Определены области существования фазовых состояний как в случае «плоского», так и в случае «объемного» МУ взаимодействий
Определено влияние одноионной анизотропии и внешнего магнитного поля на фазовые состояния двумерных негейзенберговских ферромагнетиков при учете МУ и МД взаимодействий Показана принципиальная невозможность реализации пространственно неоднородного состояния квадрупольного типа в такой системе даже при равенстве нулю внешнего магнитного поля
5 Впервые исследованы переориентационные фазовые переходы по температуре в двух- и трехмерных негейзенберговских магнетиках при различных соотношениях материальных констант Показано, что в двумерных ферромагнетиках фазовый переход по температуре может протекать либо как фазовый переход второго рода с непрерывным изменением ориентации главных осей тензора квадрупольных моментов, либо как фазовый переход первого рода через квадрупольное пространственно-неоднородное состояние
Практическое значение полученных результатов Полученные в диссертации результаты имеют большое значение для понимания свойств ультратонких магнитных пленок Эти результаты могут быть использованы при обработке экспериментальных данных Так как некоторые из полученных результатов носят предсказательный характер, то могут использоваться при экспериментальном исследовании систем с биквадратичным обменным взаимодействием Помимо этого, такие системы могут служить в качестве элементной базы для создания устройств памяти с высокой плотностью записи информации Таким образом, полученные результагы вносят определенный вклад в теорию низкоразмерных магнитоупорядоченных систем
Полученные результаты можно использовать при чтении специальных курсов по физике магнитных явлений, теории фазовых переходов, поскольку они являются продолжением развития теории низкоразмерных магнитоупорядоченных сред
Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях и школах-семинарах «XX международная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники" Москва, 2006», «X Международная конференция "Физика и технология тонких пленок" Ивано-Франковск, 2005», «International Conference "Functional Materials" Partenit, Crimea, Ukraine, 2005», «International Conference "Functional Materials" Partenit, Crimea, Ukraine, 2007»
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 9 работ напечатанных в специализированных журналах, включенных в список ВАК Украины Все статьи опубликованы своевременно
Личный вклад Все результаты совместных публикаций, включенные в диссертацию, принадлежат диссертанту В работах [1-9] автором были проделаны расчеты спектров элементарных возбуждений и фазовых диаграмм В работах [3,4,6,8] автором была частично предложена постановка задачи В [9] автором были предложены методы исследований Кроме того, автор принимал участие в интерпретации всех полученных результатов
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 178 наименований Полный объем диссертации включая 10 рисунков на 9 страницах, составляет 122 страницы
