Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время значительная часть исследований по теории конденсированного состояния направлена на изучение свойств основного состояния (ОС) и спектра элементарных возбуждений электронных систем с сильными корреляциями (ССК). He-тривиальность электронных свойств ССК привела к возникновению нескольких концепций, ориентированных на решение проблемы ОС этих систем. В качестве примеров отметим идеологию маргинальной ферми-жидкости, магнитополяронной жидкости и кристалла, латтинжеровой ферми-жидкости. Сделать однозначного вывода о применимости того или иного сценария электронного строения ССК в настоящее время не представляется возможным. В этой связи особую актуальность приобретают исследования, позволяющие тестировать электронные свойства ССК. К таковым относятся, в частности, исследования, основанные на эффекте де Гааза- ван Альфена (дГвА).
Очевидно, что адекватная расшифровка экспериментальных данных по эффекту дГвА в ССК требует привлечения теории, явно учитывающей влияние корреляций. Для ССК, не обладающих магнитным упорядочением, соответствующее развитие теории было проведено в работах [1,2]. Поскольку часть ССК в области низких температур обладает магнитным порядком, то представляется актуальным изучение совместного влияния магнитного упорядочения и сильных электронных корреляций на эффект дГвА. Данная постановка проблематики исследований оправдывается, в частности, тем, что экспериментально влияние антиферромагнитного порядка на эффект дГвА было отчетливо зафиксировано в тяжелофермионном соединении CeCu2Sb [3]. Следует отметить также, что непосредственно связанные с эффектом дГвА температурные квантовые осцилляции намагниченности в HgCr2Se4 наблюдались в условиях ферромагнитного упорядочения [4].
Цель диссертационной работы заключалась в теоретическом изучении влияния сильных электронных корреляций на диамагнитные свойства носителей тока в магнитоупорядоченных системах. Конкретная направленность исследований диктовалась необходимостью решения следующих задач. Во-первых, требовалось выяснить условия, при которых магнитное упорядочение и сильные одноузельные корреляции способны подавить гибридизационные процессы и сделать амплитуду эффекта дГвА экспериментально наблюдаемой. Во-вторых, следовало изучить особенности осцилляции зонной намагниченности в антиферромагнетиках в условиях сосуществования с фазовым спин-флип-переходом. Проведение этой части исследований для АФМ с узкой зоной носителей тока привело к постановке задачи о магнитном поляроне в скошенной фазе. Рассмотрение осцилляции зонной намагниченности при изменении температуры в антиферромагнитных полуметаллах со-
ставило третье направление исследований данной работы.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем:
Теоретически исследованы температурные квантовые осцилляции (ТКО) намагниченности носителей тока в модели вырожденного сильнокоррелированного ферромагнитного полупроводника. Установлено, что s-d(f)- обменное взаимодействие, определяющее сильный сдвиг края оптического поглощения в магнитных полупроводниках, способно индуцировать немонотонное (как в обычной ферми-жидкости) уменьшение диамагнитной составляющей намагниченности при увеличении температуры. Впервые отмечено, что совместное влияние ферромагнитного порядка и сильных кулоновских одноузельных корреляций нейтрализует негативное влияние гибридизационных процессов на величину амплитуды осцилляции диамагнитного момента. Результаты теории применены для интерпретации экспериментальных результатов по ТКО в ферромагнитном полупроводнике HgCr:Se4 п -типа [4].
Впервые показано, что в антиферромагнитных полуметаллах с относительно низкой температурой магнитного упорядочения (TN ~ 1-10К) s-d(f)-o6MeHHoe взаимодействие приводит к сильной осциллирующей зависимости диамагнитного момента от температуры. При этом, в температурной области применимости спин-волнового приближения осцилляции намагниченности имеют вид слабозатухающих и периодичных по Т2 колебаний. Это позволяет развить эффективную методику изучения электронного строения рассмотренных антиферромагнитных полуметаллов.
Исследованы магнитополяронные состояния в проводящих антиферромагнетиках, находящихся в сильном магнитном поле. Решение задачи о магнитном поляроне в скошенной фазе позволило изучить особенности дГвА-эффекта в антиферромагнитных полуметаллах и объяснить экспериментально наблюдаемую резкую смену частоты дГвА-осцилляций при переходе через спин-флип-точку.
Научная и практическая ценность работы. Проведенные в диссертации исследования позволили понять главные особенности квантовых осцилляционных явлений (таких, как эффект дГвА и ТКО), в магнитоупорядоченных, сильнокоррелированных соединениях.
Полученное условие значительного подавления гибридизационных процессов в ССК с магнитным порядком позволило не только объяснить значительную амплитуду осцилляции, наблюдавшихся экспериментально, но и прогнозировать возможности эффекта дГвА в ССК для изучения их электронной структуры.
На основе построенной количественной теории ТКО предложена эффективная методика изучения электронного строения ССК с магнитным упорядочением.
Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертационную
работу, докладывались на Всероссийской школе- семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1996 г), на международной конференции посвященной памяти академика И М Лифшица: "Problems of Condensed Matter Theory" (Moscow, 1997). на XXVII Международной зимней школе-симпозиуме физиков-теоретиков (Коуровка-98), Екатеринбург-Челябинск, 1998 г., а также на семинарах лаборатории теории твердого тела Института физики СО РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, список которых дан в конце автореферата.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы. Объём - 126 страниц машинописного текста, включая 11 рисунков и список литературы из 74 наименований.
