强场低温条件下烯土石榴石磁特性的机理研究
本篇论文主要通过半经典唯象理论和量子理论,对极端条件(强磁场低温条件)下镨镓石榴石(PrGaG)、镝镓石榴石(DyGaG)和镱铁石榴石(YbIG)的磁特性进行了理论研究。
近年来,对强磁场、低温等极端条件下,稀土石榴石材料磁特性的理论研究逐渐成为磁学研究领域的一个热点。在实验室可以达到的强磁场和低温范围内,磁学工作者对稀土石榴石磁性材料进行实验探索。研究结果表明,某些磁性材料在极端条件下所呈现出的磁化特性与非极端条件不同。部分稀土石榴石磁性材料在极端条件下,磁化强度M与外磁场He之问呈现出复杂的非线性关系,并且,随着外磁场的增强,某些顺磁性稀土石榴石磁性材料的磁化强度M表现磁饱和性和各向异性特征。本篇论文将结合这些稀土石榴石材料在极端条件下的实验现象,运用经典唯象理论和量子理论对其磁特性机理进行理论研究。
基于经典唯象理论和量子理论,本篇论文结合晶场理论、塞曼效应理论、磁性各向异性理论以及Kramers定理,考虑晶场作用、外磁场作用和交换作用,研究了极端条件下PrGaG、DyGaG和YbIG的磁特性。通过分析PrGaG、DyGaG和YbIG晶体结构,在晶场理论的基础上,讨论了这类稀土石榴石材料的磁各向异性,磁饱和特性,磁化率的温度特性等磁行为,并在晶场理论和交换作用理论的基础上,对PrGaG、DyGaG和YbIG的磁化强度场相关特性、分子场系数以及与分子场有关的交换作用系数进行了进一步的理论研究。
在对顺磁性稀土镓石榴石(PrGaG和DyGaG)以及亚铁磁性稀土铁石榴石(YbIG)材料的磁特性的理论计算过程中,研究发现晶场参数的选择直接影响着材料的最低能级及相应波函数的数值,由此,理论认为晶场参数的确定对材料磁特性的计算极为重要。文中我们针对不同石榴石晶场系数的选取进行了详细的理论分析,比较了不同晶场系数的选取对材料磁特性的影响。在合适晶场系数选取的基础,进一步分析了外磁场和交换作用对极端条件下稀土石榴石材料的磁化行为的影响,分别应用经典理论和量子理论探讨了交换作用对材料磁特性的贡献,说明了交换作用对稀土石榴石材料的磁特性的影响不可忽略。计算中,我们将理论与实验进行比较,得到了与实验吻合较好的计算结果,也进一步说明了我们理论分析的正确性。本文对极端条件下稀土石榴石材料磁特性的机理研究,将进一步为极端条件下稀土石榴石材料磁特性的实验研究提供理论指导,同时,也将进一步拓展极端条件下的材料磁特性理论。
磁性各向异性;磁化强度;烯土石榴石;晶场作用;强场低温条件
北京化工大学
硕士
凝聚态物理
王维
2011
中文
O482.5;TM277.3
76
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）