Ising模型磁性质的理论研究
磁性是物质的基本属性之一，对物质磁性质及其机理的研究一直是凝聚态物理中重要的研究课题之一。近年来，层状高温超导材料、磁性多层膜、人造磁性超品格、有机聚合物磁性材料的制备技术和实验研究发展迅速，这些新材料表现出了许多奇特的磁性质，具有广阔的应用前景，这极大地促进了新型磁性材料的理论研究。作为描述固体磁性的Ising模型也受到了许多理论工作者的关注。
本文用相关有效场理论对两种Ising超晶格的磁性质进行了深入、系统的研究，用相关有效场理论和蒙特卡罗模拟两种方法研究了一维钻石链有机聚合物的磁性质，对二者的结果进行了比较。
首先，我们研究了自旋1/2 Ising超晶格的磁性质。该超晶格由三种磁性原子周期性排列构成，每种原子都是单层的，层内呈蜂窝状结构。
我们用相关有效场理论推导了该模型的磁性质公式，分析了温度和交换相互作用对体系的磁矩、相变温度和补偿温度的影响。研究结果表明，层内和层间交换相互作用对系统的相变温度、补偿温度起着重要作用。
其次，我们研究了自旋1/2，1，3/2稀磁Ising超品格的磁性质。
我们用相关有效场理论对系统的磁性质进行了研究，推导出了系统磁矩和相变温度的表达式。研究了温度、交换相互作用常数和稀磁浓度对各层原子磁矩和相变温度的影响，还给出了磁矩随原子层数的变化规律。研究结果表明，对自旋值较小的原子层来说，层间交换相互作用比层内交换相互作用对该层磁矩的影响大得多，这直接导致低自旋材料在界面处出现磁矩最大值，而高自旋材料在界面处出现磁矩最小值。我们还发现，稀磁情况下磁矩随温度的变化趋势与未稀磁时类似，不同的是磁矩大小相应减小。
最后，我们研究了一维钻石链有机聚合物Ising模型磁性质，该聚合物每个单元由一个自旋2的A原子和两个自旋1/2的B原子构成。
我们分别用相关有效场理论和蒙特卡罗模拟两种方法对这种新型有机聚合物的磁性质进行了研究，推导出了系统的磁矩、内能、比热、相变温度的计算公式。通过对解析结果和模拟结果的对比分析我们发现，在低温和高温区，两种方法求得的系统磁矩吻合得很好，但在相变温度附近有些偏差。蒙特卡罗模拟的结果可以看作是准确的，这种偏差是由相关有效场理论在求解过程中的近似计算引起的。另外，研究表明，温度、外加磁场、交换相互作用常数对系统的磁性质起着重要作用。
磁性质;凝聚态物理;磁性材料;有效场;蒙特卡罗模拟
上海大学
硕士
凝聚态物理
辛子华
2008
中文
TM27
53
2009-02-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）