Метод случайных полей обменного взаимодействия и фазовые переходы в ферромагнетиках Дьяченко, Ольга Игоревна

Введение к работе

Актуальность темы. Исследование фазовых переходов и критических явлений в системах, находящихся вблизи точки фазового перехода, где происходит спонтанное нарушение симметрии, занимает особое место в теоретической физике. Несмотря на значительные успехи, достигнутые в этой области, вопрос о построении строгой теории фазовых переходов продолжает оставаться в центре внимания в физике твердого тела. Сложность проблемы в том, что в настоящее время не существует математического аппарата, позволяющего за реальное время решать задачи с большим числом зависимых переменных, входящих в статистическую сумму. К настоящему времени точно решаемых моделей получено мало, несмотря на значительные усилия, затраченные в этой области. Большинство моделей, в которых исследуются магнитные фазовые переходы, рассматривают решетку, в узлах которой расположены спины.

В случае плоской решетки и одномерной цепочки для прямого обмена точные решения были найдены в модели Изинга. Что касается реальных объемных тел, то существуют только приближенные методы: Бете-Пайерлса-Вейсса, ренормгруппы и теория скейлинга, Монте-Карло (МК) имитационного моделирования и др.

В последнее время ряд новых результатов, касающихся концентрационных переходов был получен с использованием метода случайных полей обменного взаимодействия. В рамках модели Изинга оказалось возможным определить функцию распределения случайных полей, параметры которой согласованы между собой и вычисляются с использованием закона взаимодействия спинов (или магнитных моментов частиц, кластеров, зерен и т. п.), описать фазовые переходы в аморфных магнетиках, а также в кристаллических твердых сплавах с короткодействующим обменным взаимодействием, определить критические концентрации ферромагнитных атомов, ниже которых ферромагнитное упорядочение невозможно.

Однако возможности этого метода не исчерпываются уже решенными задачами. Его можно распространить на решение таких актуальных задач, как определение критических концентраций в магнетиках с взаимодействием Рудермана-Киттеля- Касуйя-Иошиды (РККИ), которое важно для понимания гигантского магнитосопротивления гранулированных магнитных материалов, таких как Co/Ag и Co/Cu, исследование фазовых переходов в двухподрешеточных магнетиках, оценка влияния диффузии на критические концентрации. Решение этих задач, проведенное в работе, определяет ее актуальность.

Цель диссертационной работы состоит в дальнейшем развитии метода случайных полей применительно к различным системам с различными видами взаимодействий.

Цель потребовала решения ряда задач:

1. Исследовать концентрационные фазовые переходы в магнетиках с РККИ взаимодействием между случайно распределенными по узлам кристаллической решетки спинами и между случайно распределенными по объему сферическими наночастицами в немагнитной матрице.

2. Оценить влияние диффузии на фазовые переходы в случае прямого обмена.

3. Распространить метод случайных полей взаимодействия на двухподрешеточные магнетики.

4. Изучить влияние случайных полей магнитостатического взаимодействия на процесс ориентационного намагничивания в системах осаждающихся частиц.

Научная новизна:

4. 1. Выявлены условия существования различных типов упорядочения в магнетиках с РККИ взаимодействием в зависимости от концентрации свободных электронов и типа решетки.

   2. В приближении теории случайных полей для РККИ взаимодействия установлено, что магнитные частицы сферической формы, случайно расположенные в неферромагнитной матрице, могут находиться только в состоянии ферромагнитного или антиферромагнитного спинового стекла.

   3. Показано, что диффузия «ферромагнитных» атомов приводит к уменьшению критических концентраций и к росту температуры Кюри.

   4. С применением метода случайных полей взаимодействия проанализирована возможность фазовых переходов в двухподрешеточнных магнетиков. Рассмотрен предельный переход в состояние ферро- и антиферромагнетизма.

   5. Проведено исследование процесса ориентационного намагничивания осаждающихся частиц, закрепление ориентации которых происходит на поверхности осадка, с учетом случайного поля магнитостатического взаимодействия.

   Практическая значимость заключается в том, что получил дальнейшее развитие метод, позволяющий проводить исследования взаимосвязи структуры и магнитных свойств нанокристаллических материалов, которые находят самое широкое применение для элементной базы современной электроники и электротехники.

   На защиту выносятся следующие положения:

   4. 5. 1. Тип упорядочения в магнетиках с РККИ взаимодействием зависит от концентрации свободных электронов, типа решетки и может быть в ферромагнитным, антиферромагнитным и спинстекольным.

         2. Магнитные частицы сферической формы, случайно расположенные в немагнитной матрице, в случае РККИ взаимодействия при низких температурах находятся только в состоянии ферромагнитного или антиферромагнитного спинового стекла.

         3. Диффузия может существенно уменьшить среднюю критическую концентрацию р_с «ферромагнитных» атомов, и при заданном pc привести к росту температуры Кюри.

         4. Метод случайных полей обменного взаимодействия позволяет достаточно просто и непротиворечиво описывать фазовые переходы в двухподрешеточных магнетиках.

         Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях, в том числе:

         1. Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по физике, Владивосток, 2010-2011 г.

         2. Международный IV Евро-Азиатский симпозиум «Тренды в Магнетизме: Наноспинтроника» (EASTMAG-2010), Екатеринбург, 2010 г.

         3. XIII Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ, Новосибирск, 2011 г.

         4. 10-я Региональная Научная Конференция «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование», Владивосток, 2011 г.

         5. Международная школа - семинар «Проблемы палеомагнетизма и магнетизма горных пород», Санкт-Петербург, 2011 г.

         6. Международный научный форум студентов, аспирантов и молодых ученых стран Азиатско- Тихоокеанского региона, Владивосток, 2012 г.

         7. Международная конференция по химическим технологиям и перспективным материалам (CEAM 2012), Китай, 2012 г.

         8. Международная конференция по инновациям в информационных и коммуникационных науках и технологиях (IICST 2012), Томск, 2012 г.

         9. Объединенный европейский симпозиум по магнетизму (JEMS 2012), Италия, 2012 г.

         Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в тринадцати печатных работах, включая три статьи в рецензируемых журналах [1-3], три статьи в сборниках трудов конференций и семинаров [4-6], семь тезисов докладов [7-13] и один патент РФ [14].

         Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причём вклад диссертанта составил 50%.

         Общий объем диссертации 91 страница, из них 82 страницы текста, включая 18 рисунков. Библиография включает 85 наименований на 9 страницах.

         Похожие диссертации на Метод случайных полей обменного взаимодействия и фазовые переходы в ферромагнетиках

         Операторный метод в теории взаимодействия атомных систем с электромагнитным полемЛи Суан Хай

         

         Исследование процессов взаимодействия элементарных частиц во внешних полях и средах методом точных решенийШинкевич Сергей Александрович

         Изучение резонансного взаимодействия модулированного лазерного излучения с двухуровневыми средами методом пробного поляЗинин, Юрий Александрович

         Метод проектирующих операторов в задачах о взаимодействии частиц с квантовым полемКушнир, Василий Николаевич

         Квазиточнорешаемые задачи квантовой механики и метод эффективных полей в терии спиновых системЗаславский, Олег Борисович

         

         Методы среднего поля и ренорм-группы и их приложения к исследованию нелинейных спинорных теорий Гвоздев Александр Александрович

         Применение методов нелокальной теории поля к квантовой гравитацииКузьмин, Юрий Викторович

         Движение нейтрино и электронов в среде и магнитном поле в рамках метода точных решенийБаланцев, Илья Анатольевич

         Методы квантовой теории поля в задачах статистической гидродинамикиАлтайский, Михаил Викторович

         

         Исследование анизотропии и аномального скейлинга в сильно развитой турбулентности методами квантовой теории поляРунов Антон Владимирович