Исследование статических и резонансных свойств квазиодномерных антиферромагнетиков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ' ^НСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ имени П.Л.КАПИЦЫ

Чч ч чу

ч ' на правах рукописи

. ЗАЛИЗНЯК Игорь Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И РЕЗОНАНСНЫХ

СВОЙСТВ КВАЗЙОДНОМЕРНЫХ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Специальность 01.04.09 - Физика низких температур и криогенная техника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степейи кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена з Институте Физических Проблем РАН

имени П.Л. Капицы

Научный руководитель: д. ф. м. н. Л.А.Прозорова

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Г.В. Уймии, доктор физико-математических наук Н.М. Крейпес.

Ведущая организация:

Инстиаут Молекулярной Физики РИЦ "Курчатовский институт".

Защита состоится 8 сентября 1993 года в 10 часов на заседании Специализированного ученого совета Д 003.04.01 при Институте Физических Проблем РАН им. П.Л.Капицы 117334, Москва, ул. Косыгина 2 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Физических проблем РАН .

Автореферат разослан вгуста 1993 года.

/

Ученый секретарь Совета ,

доктор физико-математических наук

Прозорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.А хтуальиость темы

Задача об основном состоянии (ОС) магнитного диэлектрика (т.е. системы электронных спинов, локализованных в узлах некоторой кристаллической решетки) и его элементарных возбуждениях всегда была одной из ключевых проблем в магнетизме. К сожалению, ее строгое квантово-механическое решение получено лишь для некоторого очень ограниченного количества частных случаев. При этом одним из принципиальных параметров задачи, определяющих свойства ОС и область его устойчивости, характер элементарных возбуждений и критическое поведение системы, является ее пространственная размерность Б. Она определяется не только размерностью кристаллической решетки но и устройством обменного взаимодействия. Так, систему спинов на трехмерной решетке принято называть одно(дву-)мерной если в ней отличен от нуля лишь обмен между спинами, расположенными вдоль одной (двух) из кристаллографических осей. Такая система является совокупностью невзаимодействующих одно(дву-)мерных магнетиков. Физически доступными, однако, обычно являются квазподно(дву-)мерные магнетики, в которых обмен вдоль одного (двух) направлений просто значительно превышает обмен вдоль остальных. Именно к таким Квазиодномерным системам и относятся вещества, исследованию которых посвящена диссертация.

Как отмечено выше, лишь для узкого класса спиновых систем известно точное квантовомеханическое решение. Однако, в рамках квазиклассического приближения, справедливого при очень больших значениях спина в, можно построить простое и достаточно полное описание - теорию спиновых волн [1]. При конечных Б ее результаты представляются В виде рядов теории возмущений по малому параметру 1/Б. Нулевое же приближение соответствует бесконечному (классическому) спину. Очевидно, приближение выбрано правильно и теория самосогласована, если ряды сходятся, а поправки высших порядков принципиально не изменяют невозмущенное ОС. К сожалению, вычисление возмущений высокого порядка и суммирование рядов является очень трудной и часто неразрешимой задачей. Однако, как было показано Дайсоном и Огучи, в обычном трехмерном ферро-

или антиферромагнетике уже второй порядок теорип возмущений по 1/8 вносит весьма малые поправки в результаты "гармонической" теории спиновых волн [1|. К тому же, вклады высоких порядков теории возмущений имеют асимптотическую малость по отклонению среднего значения проекции сппва 5/ от ее классического значения Б. Поэтому стандартная теория спиновых волн дает хорошее описание низкотемпературных свойств обычных трехмерных магнетпков, а при некоторой модификации может быть распространена и вплоть до температурь, упорядочения.

В низкоразмерных магнетиках уже в гармоническом приближении учет поправок к ОС ("нулевых колебаний") в большинстве случаев приводит к расходимостям, предполагающим ошибочность положения о наличии классического Неелевского (или ферромагнитного) порядка. А учет также и тепловых колебаний позволил Мермину п Вагнеру строго доказать теорему об отсутствии магнитного порядка в одно- и двумерном изотропном Гейзенберговском ферро- пли антиферромагнетике при любой конечной температуре (но не при Т = 0). В одномерном изотропном Гейзенберговском магнетике порядок отсутствует и при Т — 0 за счет "нулевых колебаний".

Тккая неустойчивость предполагаемого спонтанного нарушения симметрии (СНС) в низкоразмерных системах обуславливаемая появляющимися при СНС бесшелевымп (теорема Голдстоуна) возбуждениями, в последнее время интенсивно исследуется и в теории поля. Однако и здесь круг задач, допускающих точное решение, очень узок. Одна из немногих - 0(3) нелинейная а -модель, генерируемая мас-сиврм обменно связанных трехмерных ротаторов. Упорядоченное, с бесщелевым спектром основное состояние изотропной одномерной сг-модели оказывается неустойчивым. Учет квантовых флуктуации приводит к разрушению в нем СНС (параметра порядка) и к "динамической генерации щели" в спектре элементарных возбуждений.

В 1983 году Холдейн [2], расматривая одномерный Гейзенберговский антиферромагнетик с анизотропией довольно общего вида

П = + А5,25?+,} + 1>£(5.г)2 , (1)

■ I

установил в длинноволновом кватшкласснческом пределе его эквивалентность 0(3) нелинейной сг-модели при целых значениях спина Б. При полуцелых спинах Б теория содержит дополнительное "тополо-

А

гическое" слагаемое в выражении для оператора импульса. В изотропном случае это кардинально меняет спектр возбуждений, добавляя бесщелевую моду и давая, следовательно, степенное убывание спиновых корреляций в ОС: (5о5п) ~ (как в аноатце Бете для спина 1/2). Ткким образом, была сформулирована гипотеза о существенно различном характере "размывания" СНС в ОС одномерного Гейзенберговского антиферромагнетика за счет квантовых флукту-аций в зависимости от кратности спина,.

Главный интерес, конечно, вызвали результаты, полученные в случае одномерной цепочки целых спинов, а именно:

- в конечном интервале анизотропии основное состояние неупо-рядочено и немагнитно, в изотропном случае - оно синглет полного спина цепочки = <*(5(о< + 1) = О

- элементарными возбуждениями является триплет массивных Не-елевских магнонов соответствующих Бм — 1» = 0,±1, с минимальной щелью в спектре Ля ~ е-*5 при q — п

- статические (одновременные) корреляции спинов отсутствуют, а динамические - экспоненциально убывают с расстоянием (5о5„(<)) ~

|п|1

Работы Холдепна стимулировали большое количество новых теоретических и экспериментальных исследований. Наиболее убедительные подтверждения теории Холдейна были получены в численных экспериментах с конечными системами (однако длиной до 128 спинов) [3] и в экспериментах с соединением ./^{(СгЯз^Ь^ОзСЮд, обычно называемом КЕЫР [4]. Однако последовательное теоретическое решение проблемы, дававшее бы удовлетворительное количественное описание основного состояния, характера и спектра элементарных возбуждений гамильтониана (1) (в некотором смысле аналогичное теории спиновых волн), пока не найдено. 1кким образом, экспериментальные исследования квазиодномерных антиферромагнетиков, имеют сейчас принципиальную важность, приближая нас к пониманию одного из наиболее фундаментальных явлений в магнетизме и в физике многочастичных систем вообще - неустойчивости СНС к наличию квантовых флуктуаций.

Диссертация посвящена исследованию ыагнитостатических н резонансных свойств трех квазиодномерных а^тпферромагнетиков (афм) С8№С1з, СзМпВгз и Ni{CгH%N■^)гNOгClO^. Для их описания гамияь-

токиан обычно записывают в виде

Н = 23 Е+ 2/ Е + £>- Я £ & , (2)

>.; м • '

где / - обменный интеграл вдоль "одномерной" оси, а - в перпендикулярной ей плоскости (./' « 7 и > 0), I) - константа анизотропии.

Первые два кристалла принадлежат к большому семейству двойных галогенпдов типа АВХз, где Л - щелочной металл (СэДИэД), В - двувалентный металл 34 группы (Мп,М5.,У,Ее,Со), X - галоген (С1,Вх,1). Как и большинство соединений этого типа они обладают простой гексагональной кристаллической решеткой, соответствующей плотной упаковке ионов галогена, с симметрией парамагнитной фазы Оба вещества имеют конечную температуру перехода

в упорядоченное состояние (Тдг ~ 4.45К для Св№С1з (5=1) п Тц ~ 8.32К для СбМпВгз (3=5/2)) и не демонстрируют таким образом разрушения СКС (в т.ч. Холдейновского ОС). Одпако большие квантовые флуктуации з- сочетании с обменно некоплинеарной магнитной структурой ОС, свойственной афм на треугольной решетке, приводят к ряду необычных к интересных явлений.

Ш-оргашгаеский диэлектрик N^СгНъНг^ЫО2СЮ* (Б=1 на орто-ромбнчесхсй решетке, Л=46К, Ю-4) - почти идеально одно-

мерный афм, наилучший из известных на сегодняшний день. Он не демонстрирует перехода в упорядоченное состояние вплоть до Т ~ 1 ОтпК и обладает, как показывает эксперимент, Холдейновским ОС.

Научная новизна работы

Диссертация содержит следующие основные результаты

Посредством оригинальных магнитостатических измерений (в частности, измерения зависимостей намагниченности образна, перпендикулярной приложенному магнитному полю, от величины и направления последнего) исследованы процессы спиновой переориентации в гексагональных антпферромагнетпках с различным типом одно-нонноп анпзотросли (в Св№С1з -"легкая ось", а в СбМпВгз -"легкая плоскость"). В легкоплоскостном СвМпВгз похазано существование переориентацпонного перехода второго рода со схлопыванпем двух пар подрешеток при произвольном направлении магнитного поля.

Предложена интерпретация особенностей кривых намагничивания, не учитываемых в рамках стандартной "теории среднего поля" (анизотропия в полях, выше поля переориентационного перехода и нелинейность поперечной намагниченности). При спин-волновом подходе они являются следствием вклада "нулевых колебаний", особенно большого в силу квазиодномерности исследованных афм. В гармоническом приближении теории произведен расчет сокращения спина подрешетки квантовыми флуктуациями. Оценено его подавление магнитным полем, вызывающее нелинейный рост намагниченности. Приведено сравнение с экспериментом.

Исследованы спектры низколежащих (до 180 ГГц) ветвей магнитного резонанса в CsNiCb и СзМпВгз в широком интервале температур и в магнитных полях до 58-кЭ. Установлено хорошее согласие их частотно-полевых зависимостей с предсказаниями гармонической теории спиновых волн (ТСВ), а для CsNiCb.s феноменологической теории [5]. Из резонансных измерений получены феноменологические постоянные, гиромагнитное отношение 7, а по спектрам АФМР при температуре Т = 1.7К, в области насыщения температурных зависимостей, вычислены констаты спинового гамильтониана. Получены подтверждения неуниверсальности квантовых перенормировок обменных частот резонанса в ТСВ по сравнению с акустическими и статикой.

Обнаружено гигантское ушпрение бесщелевой моды резонанса в CsMnBr3, имеющее место в широком интервале температур ~ 0.5~ ЗТдг. Предложен механизм для его объяснения.

В рамках теории возмущений предложен простой подход, позволяющий описать расщепление энергий триплета элементарных возбуждений в одномерном афм с Холдейновским ОС при учете анизотропии и внешнего магнитного поля.

Выполнено сравнение температурной зависимости восприимчивости Холдейновского афм, измеренной в NENP и в численном эксперименте с модельной системой в 128 спинов, с расчетом в рамхах концепции невзаимодействующих элементарных возбуждений. Хорошее согласие рассчитанных зависимостей с измеренными достигается в предположении, что элементарные возбуждения подчиняются статистике Ферми.

Исследован спектр резонансного поглощения в NENP в полях до

170 кЭ и ва частотах 158-1000 ГГц. Основные линии резонанса при Н < Не идентифицированы как "двухмагношше" переходы между состояниями Ходдейновского триплета возбуждений с д = 7Г. Это подтверждено их частотпо-полевым спектром, а также актив ацион-ным характером температурной зависимости их интегральной интенсивности. Приведен расчет формы линии такого поглощения.По зависимости ширины линии определены значения критического магнитного поля для трех основных ориентации последнего..

Апробации работы.

Результаты, положенные в диссертации, были доложены автором на:

в 25 Всесоюзном совещании по физике низких температур, Ленинград, 1988.

е 18 Всесоюоиой конференции по физике магнитных явлений, Калинин, 1988.

в Семинаре по спиновым волнам, Ленинград, 1989.

в 3 конференции Французского Физического Общества, Лилль, 1992.

• • Семннарах в Институте Физических Проблем РАН в Москве и Центре Ядерных Исследований КАЭ Франции в Гренобле.

Структура п объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Общий объем работы составляет 96 страниц и включает в себя основной текст, список литературы из 50 наименований и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В диссертации можно выделить две части. В первой (главы 1-4) речь вдет о гексагонаш тых афм Св№С1з и СвМпВгз имеющих упорядоченное ОС и не демонстрирующих разрушения СНС.

В первой главе изложены основные представления теории спиновых волн (ТСВ), которая, несмотря на значительные поправки от

квантовых флуктуации, удовлетворительно описывает магнитное у по-рядочение, вызванное трехмерностью (межцепочечным обменом) при Т С Тк- В рамках гармонического приближения приведена оценки, вклада "нулевых колебании" в энергию ОС. Приведен расчет сокращения спина подрешетки квантовыми флуктуациями, особенно большого в силу квазиодномерности исследованных афм:

SS =

/

d3k А

№)3е(к)

I ~ 1

(3)

Здесь е(к) - энергия магнонов, а Ад - стандартный коэффициент в преобразовании Боголюбова. В обменном приближении, или при наличии только легкоплоскостной анизотропии, они могут быть легко вычислены:

AS = 5

D+J(k)-?J(kо) +

J(k + ko) + J(k-ko)

e(fc) = 25

[D + J(k)~ J(fco)]

J(k + ko)+J(k~ko)

- J(fco)

(4)

где J(k) — Ei Jjcos(fcfj) - Фурье-образ обменного интеграла, a fco - волновой вектор, описывающий упорядочение спинов в ОС (он наг ходится из условия J(fco) = min{J(k)}, для антиферромагнетска на гексагональной решетке ко — (j, j, j)).

Нахождение подобных зависимостей при наличии магнитного поля представляет для структур с нетривиальным упорядочением задачу почти непреодолимой сложности. Даже расчет зависимостей частот резонанса, необходимый для интерпретации эксперимента, оказывается весьма громоздким в микроскопической теории. Однако, для систем с небольшой анизотропией, резонансные частоты релятивистского происхождения могут быть достаточно просто получены в рамках феноменологического рассмотрения, основанного на обменном приближении, предложенного А.Ф. Андреевым и В.И. Марченко [5). Если же анизотропия оказывается порядка обмена, а такая ситуация часто возникает в квазиодномерных системах в силу малости о 'мена J', следует пользоваться гамильтонианом (2) и методами ТСВ.

В нулевом (классическом) -приближении ТСВ рассмотрена спиновая переориентация в гексагональном афм при приложении магнитного поля. Показано, что в случае большой легкоплоскостной анизотропии D > ZJ' при произвольном направлении поля в некотором критическом поле Яс(уз) = (<р - угол между магнитным

полем и гексагональной осью кристалла), происходит переорпента-цпонный фазовый переход со "схлопыванием" двух пар подрешеток. При отклонении направления поля от плоскости спинов критическое поле перехода растет, резко приближаясь к полю спин-флипа (полного насыщения намагниченности) Не при значении угла отклонения <ре и атсзгп\^].

Для одномерного двухподрешеточного афм, упорядоченного благодаря наличию легкоосной анизотропии, полевые зависимости спектра магнонов могут быть получены в явном виде. При этом, с использованием соотношения типа (3), сделана оценка подавления редукции спина 6S магнитным полем.

Вторая глава посвящена описанию кристаллических и магнитных свойств исследуемых соединений и изложению методики резонансных и статических измерений.

Использованные в работе кристаллы были выращены C.B. Петровым в ИФП РАН по методу Бриджмена. Адекватность кристаллической структуры полученных соединений структурам CsNiCb, СвМпВгз п ориентация кристаллов осуществлялась рентгенографически.

Измерения спектров магнитного резонанса проводились на спектрометре прямого усиления в диапазоне частот от 9 до 178ГГц в магнитном поле до 58кЭ при температурах от 1.5 до 45К. В качестве поглощающей ячейки спектрометра использовались либо резонаторы различиях конструкций (0.64-80 ГГц) либо просто закороченный 4-мм волновод ( 120^-180ГГц). Резонансное поглощение мощности регистрировалось по иэменеппю амплитуды СВЧ-сигнала Р постоянной частоты ы, прошедшего через ячейку с образцом, при плавном изменении статического магнитного поля.

Измерения намагниченности выполнены на вибрационном магнитометре с тремя парами измерительных котушек, позволяющем одновременно измерять три взаимно перпендикулярные составляющие намагниченности образца.

В третьей главе излагаются результаты исследования статической

намагниченности образцов во внешнем магнитном поле и их обсуждение. При направлении магнитного поля перпендикулярно спиновой плоскости, т.е. при Н ± Св в Св№С1з и при Н\\С^ в СвМпВгз классическое приближение ТСВ предсказывает линейный рост намагниченности

тт о тс

М{Н) - дц^лЯ—, где Я. = —, (5)

Не дрв

соответствующий плавному подкосу спинов подрешеток к направлению магнитного поля. Такую же линейную-зависимость дает феноменологическая теория среднего поля. Экспериментально же измеренная М(Н) демонстрирует 2 существенные особенности. Во-первых, в малых полях ее наклон заметно меньше, чем в (5), еслч подставить значения I, полученные из измерения дисперсии магнонов неупругим рассеянием нейтронов (НРН). Для получения количественного согласия для восприимчивости, следует умножить ее на относительное сокращение спина известное для исследованных веществ из данных по упругому рассеянию нейтронов (УРН), и совпадающее с вычислениями главы 1 [6], [7]. Это показывает, что учет нулевых колебаний при вычислении намагниченности очень важен, а основной их эффект в малых полях заключается в перенормировке длин намагниченностей подрешеток, а не их орпентацпй.

Вторая, существенно несреднеполевая особенность обсуждаемых кривых намагничивания, - заметно нелинейный их рост (Рпс.1), особенно большой в Ся№С1з, где в 50 кЭ превышение М(Н) над ..иней-нон экстраполяцией из области малых полей составляет около 20%. Он, очевидно, связан с подавлением квантовых флуктуации, и таким образом, уменьшением редукции спина в магнитном поле. Для СвМпВгз, где эффект мал, он находится в хорошем согласии с модельной оценкой в рамках гармонической ТСВ, сделанной в главе 1.

Четвертая глава содержит описание и обсуждение результатов исследовании спектров магнитного резонанса в кристаллах СвМСЬи СбМпВгз.

В Сэ№С1з исследованы релятивистские ветви АФМР. Их частотно-полевые спектры прекрасно описываются как в рамках тОории среднего поля, так п в ТСВ. Исследовал также магнитный резонанс при температурах выше Тц - до 45К. Полученные из рсоонансных измерений феноменологические постоянные (поле сппн-флопа Нс, пара-

Рисунок I: Кривые намагничивания Св№С1з (вверху) и СзМпВгз (внизу) при температуре Т»1.8К. Пунктирные кривые - расчет в классическом приближенна. Сплошные - классический расчет, умноженный на Точки -экспериментальные данные для двух направлений магнитного поля.

метр т] =' *хх~*а) и зависимость Г}(Т) находятся в хорошем согласии с данными магнит о статпче ских измерений. По измерениям температурной зависимости резонансного поля п восприимчивости восстановлена фазовая диаграмма в координатах (Н,Т), особенностью которой является наличие двух фазовых переходов со СНС. Она соответствует изпестным данным других типов измерений.

В СвМпВгз обнаружены 2 ветви АФМР - одна релятивистская и одна обменная. Их частотно-полевой спектр при Т — 1.7К <С Тц может быть хорошо описан в рамках гармонической теории спиновых волн. Отмечены небольшие расхождения в значениях определенных таким образом констант гамильтониана с данными измерений намагниченности. Они интерпретированы как следствие неуниверсальности квантовых перенормировок обменных частот резонанса по сравнению с акустическими и статикой. При исследовании температурной зависимости бесщелевой моды резонанса обнаружено ее гигантское уншренпе, имеюшее место в широком интервале температур, в т.ч. выше Тц- Этот эффект может быть объяснен существованием участков спиновых цепочек, содержащих длинноволновый со-литон, и, таким образом, дающих отклик на частоте, оавнсящией ох периода модуляции магнитной структуры в нем.

Предметом исследования во второй части (главы 5-8) диссертации является почти идеально одномерный афм М^СгЩН-^гПОгСЮ* (8=1, Л=46К, Ю-4), не демонстрирующий перехода в упорядо-

ченное состояние вплоть до Т ~ 10тК и обладающий, как показывает эксперимент, Холдейновскпм ОС. Структура второй частя аналогична структуре первой.

В пятой главе изложены основные теоретические представления о спектре Холдейновского антиферромагнетика (ХА) и его зависимости от Маглптного поля. Предложено рассмотрение в рамках теорзн возмущений, которое позволяет рассчитывать полевые зависимости энергий возбуждений исходя из очень общих соображений о свойствах спектра ьчергии изотропного гамильтониана типа' (1), состаг вляющпх суть гипотезы Холдейна. Этот простой подход сказывается весьма результативным я при рассмотрении расщепления эиерпш элементарных возбуждений из Холдейновского ОС под в.шянпем анизотропии на три невырожденные ветвп £г(д), £у{д), и £,(д).

Таким образом, если известен спектр возбуждений в отсутствие

поля, во всей ооае Бриллюэна можно вычислить поправки первого порядка связанные с ним [8]. Достаточно рассмотреть две ориентации внешнего магнитного поля 3:

Н\\х. Зеемановский вклад диагонален и энергии возбуждений легко вычисляются из секулярного уравнения:

еф,Н) = т ^Ы^М)2 + (6)

ез(я.И) = Ыч)

Й\\я. В такой ориентации возмущение, связанное с магнитным полем, недиагонально и определяется матричными элементами проекции Б" спина в=1. Однако в результате полевые зависимости энергий возбуждений описываются теми же формулами, что и в предыдущей случае, если произвести в них циклическую перестановку индексов х,у,г.

В шестой главе описаны образцы и методика эксперимента по ЭСР в субмиллнметровом диапазоне

Соединение РИ{С2Н%Мг)гМ02СЮ4, обычно аббревиируемое NENP обладает простой ортороыбической кристаллической структурой, описываемой группой симметрии Рпта (а=15.22А, Ъ=10.3А, с=8.3А). В этой структуре ионы N1**, расположенные вдоль оси Ь (мы примем ото направление за ось ъ системы координат), ковалентно связаны нитратными (ЛГО2) грушами. Соседнпе же цепочки изолированы друг от друга комплексами (СЮ4), что и придает спиновой подсистеме очень хороший одномерный характер.

Подробное исследование спектра элементарных возбуждений в КЕИР с помощью неупругого рассеяния нейтронов (НРН) [4], подтвердило наличие щелей и показало хорошее его согласие с ожидаемой для ХА картиной, обрисованной в пятой главе. Были найдены следующие значения для щелей триплета Холдейновских возбуждений при д = тг:

Д9 = 326ГГц, Д„ = 282ГГц нА,= бЮГГц

Монокристаллы были выращены Ж.-П.Ренаром из водного раствора, они имели темно-бордовую окраску и хорошо скалывались вдоль кристаллических плоскостей, содержащих ось Ь. Ввиду малой плотности кристаллы НЕИР были практически прозрачны для рентгеновских лучей (рефлексы отсутствовали в т.ч. и при отражении). Поэтому их ориентация осуществлялась нейтронографическп, по кри-

стэллцческим Врэгговским отражениям (2 0 0) и (0 4 0).

Измерения резонансного поглощения были выполнены на проходном ЭПР-спектрометре, работающем в дальнем инфракрасном диапазоне (150-1000ГГд и выше) и соответственно в сильных магнитных полях (до 170кЭ). В качестве генератора использовался газовый лазер волноводного типа с оптической накачкой. Излучение имело достаточно общую поляризацию, в основном - в плоскости, перпендикулярной постоянному магнитному полю. Последнее модулировалось небольшим переменным, на частоте которого и регистрировался сиг-пал, пропорциональный производной от поглощения в образце.

В седьмой главе рассмотрены термодинамические свойства ХА и проанализированы измеренные в NENP температурные зависимости статической магнитной восприимчивости. Приведено ее сравнение с результатом расчета в рамках описания ХА, изложенного в главе 5. Показано, что низкотемпературные магнитные свойства одномерного Гейзенберговского антпферромагнетлка (1), измеренные в т(С2Н8М2)2^У02СЮ4 и смоделированные в численном эксперименте, можно, основываясь на его спектре, описать в рамках хонцепцик невзаимодействующих элементарных возбуждений, яодчншпощихся статистике Фермп.

Восьмая глава носвяшена положению результатов вксперамев :аль-ного исследования электронного спинового резонанса (ЭСР) в ИЕИР и лх интерпретации в рамках анализа магнитного поглощения в ХА. Измерения были выполнены при трех различных ориентации осей кристалла в магнитном поле: Я||Ь(||-г), 2?||а(||у), Я||с(||я:) [9]. Основная часть результатов, в частности, частотно-полевые спектры поглощения, получена при температуре 4.2К.

В силу синглетного характера ОС, основной вклад з поглощение ХА должны давать переходы между одночастнчными возбужденными состояниями с q=7r, соответствующими полному снизу Зил — Их частотно-полевой спектр, задается разностями энергий возбуждений

= Да-(Я) - Да(Я) (7)

Полевые лее зависимости Да(#) = £а(тг,Н) щелей в спектре энергия возбуждений были получены в глазе 5, см.(б). На рисунке 2 изображен частотно-полевой спектр "резонаксног " поглощения, наблюдавшегося в во всем интервале магнитных полей, где проводились

Рисунок 2: Частотно-полевой спектр "резонансного" поглощения в Сплошные кривые «ответствуют выражению (7). Двумя точками на каждой частоте изображены положения минимума и максимума производной кривой поглощения, измеряемой в эксперименте.

намерения. Двумя точками на каждой частоте изображены положения минимума и максимума производной кривой поглощения, измеряемой в эксперименте. В полях до критического оно соответствует двухчастичным процессам в ХА, описанным выше, и спектр хорошо описывается выражением (7). Когда магнитное поле превышает критическое, ХА переходит в новое ОС, обладающее намагниченностью, из которого могут быть разрешены переходы с поглощением. При низких температурах они и должны давать основной вклад в мнимую часть динамической восприимчивости. Сигналы, экспериментально наблюдавшиеся в этой области полей в большинстве были широки и несимметричны, так что даже иногда имели всего один экстремум. В таких случаях на спектре отмечалась лишь одна точка (как в случае Н||а на рисунке 2).

При всех направлениях поля сигналы, наблюдаемые В окрестности критического значения, как по одну, так и по другую сторону, необычайно широки. Как видно из рисунка 2, при удалении от Не, ширина их монотонно уменьшается. Таяпм образом, полевая зависимость ширины наблюдаемого в ХА ЛГ»(С2#8^2)2^02С'О4 поглощения демонстрирует ярко выраженную критичность при Н=НС. Построив зависимость ДН(Н) по данным наших измерений, мы можем независимо и с достаточно неплохой точностью определить значения критических полей:

Щ ~ 138 ± 2кЭ, Щ ~ 142 ± 2кЭ, Щ ~ 100 ± 4кЭ

Онп прекрасно согласуются с данными по измерению намагниченности и с полями, рассчитанными по формулам главы 5 на основании данных по НРН.

В заключение диссертации кратко сформулированы основные выводы работы и направления для дальнейших исследований.

Литература

[1] НоЫет Т. апс! РптакоЯ Н.// РЬуз.11еу. 1940. У.58. Р.1908. Апаегвоп Р.V/.// РЬу8.11еу. 1952. \'.86. Р.694.

[2] НаЫапе Р.Б.М.// Phys.Lett.A- 1983. У.93. Р.464. НаМапе Г.Б.М.// Pliys.Rev.Lett. 1983. У.50. Р.1153.

[3] Nightingale M.P. and Blote H.W.J.// Phys.Rev.B. 1986. V.33. P.659. Takahashi M.// Phys.Rev.Lett. 1989. V.62 P.2313. Nomura K.// Phys.Rev.B. 1989. V.40. P.2421. Meshkov S.V.// Phys.Rev.B. 1993., to be published

[4] Regnault L.P., Rossat-Mignod J., Renard J.P.. Verdaguer M. and Vettier C.// Physica B. 1989. V.156&157. P.247. Regnault L.P., Rossat-Mignod J. and Renard J.P.// J.Magn.Magn.Mat. 1992. V.104-107. P 869.

[5] Андреев А.Ф., Марченко В.И.// УФН. 1980. Т 130. С.39.

[6] Abarahi S.I., Bazhan A.N., Prozorova L.A. and Zaliznyak I.A.// J.Phys.: Cond.Matter 1992. V.4. P.3307.

[7] Zaliznyak I.A.// Sol.St.Com. 1992. V.84. N.5. P.573.

[8] Zaliznyak I.A., Meshkov S.V. and Regnault L.P., submitted to Journ. of Phys.: Condens.Matter. 1993.

[9] Bmnel L.C., Brill T.M., Zaliznyak L, Boucher J.P. and Renard J.P.// Phys.Rev. Lett. 1992. V.69. P.1699.

Результаты, приведенные в диссертации были опубликованы в работах

1. Зализняк И.А., Марченко В.И., Петров C.B., Прозорова Л.А., Чубуков A.B.// Письма в ЖЭТФ.1988. Т.47. С.172.

2. Зализняк H.A., Прозорова JI.A., Петров C.B.// ЖЭТФ. 1990. Т.97. С.359,

3. Zaliznyak I.A., Prozorova L.A., Chubukov A.V.// J.Phys.: Cond. Matter. 1989. V.l. P.4743.

4. Зализняк И.А., Петренко O.A., Прозорова JI.A., УФН. 1992. T.162. N.4. C.154.

5. Prozorova L.A., Petrenko O.A., Zaliznyak I.A., Journ. of Magnetism and Magn. Mater. 1992, V.116. P.350.

6. в статьях [6]-f[9] списка литературы.