Термодинамические свойства анизотропных антиферромагнетиков с четырехспиновым обменом
Автор: Аплеснин С. С., Даниленко Е. Г., Машков П. П., Черемных Н. А., Живулько А. М.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Технологические процессы и материалы
Статья в выпуске: 2 т.24, 2023 года.
Бесплатный доступ
Магнитные полупроводники широко используются в микроэлектронике, которая используется для управления космическими аппаратами. Транспортные и электрические свойства зависят от магнитной структуры, которую можно менять под действием магнитного поля и управлять током. Исследуется магнитная структура полупроводников с сильным спин-решеточным взаимодействием, которое сводится к четырехспиновому обменному взаимодействию. Магнитные характеристики вычисляются в классической модели Гейзенберга, построенной из эквивалентных магнитных атомов, образующих простую кубическую и квадратную решетку. Гамильтониан системы содержит обменное взаимодействия между ближайшими соседями, четырехспиновый обмен, одноионную анизотропию типа «легкая ось». Методом Монте-Карло вычисляются термодинамические характеристики: подрешеточная намагниченность, квадрупольный параметр, парные спинспиновые корреляционные функции, спонтанный момент на узле, направленный вдоль «легкой оси», и в базисной плоскости, внутренняя энергия и магнитная восприимчивость. Найдена смена типа магнитного порядка от коллинеарного антиферромагнетика (АФМ) к неколлинеарному (НАФ) с ростом константы четырехспинового обмена. Зависимость спиновых корреляционных функций от расстояния имеет слабо затухающий осциллирующий характер. В области перехода АФМ-НАФ ближний антиферромагнитный порядок заменяется ферромагнитным при сохранении дальнего антиферромагнитного порядка. На плоскости четырехспиновый обмен - одноосная анизотропия построена фазовая диаграмма антиферромагнетика (АФМ) и неколлинеарного (НАФ) на квадратной и кубической решетках. Вычислена продольная и поперечная восприимчивость НАФ от температуры для разных параметров четырехспинового обмена. Определена область параметров анизотропии и четырехспинового обмена в неколлинеарном АФМ с фазовым переходом I-го рода, скачок подрешеточной намагниченности, квадрупольного параметра от температуры. Найдены константы анизотропии и четырехспинового обмена в классическом антиферромагнетике со спонтанным моментом и параметры дальнего и ближнего порядка.
Анизотропный антиферромагнетик, четырехспиновое взаимодействие, магнитная восприимчивость, магнитный фазовый переход
Короткий адрес: https://sciup.org/148326832
IDR: 148326832 | DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-2-366-374
Список литературы Термодинамические свойства анизотропных антиферромагнетиков с четырехспиновым обменом
- Quantum spin hall insulator state in HgTe quantum wells / X.-L. Qi, S.-C. Zhang Konig M., Wiedmann S. et al. // Science. 2007. No. 318. P. 766.
- Fermi-level-dependent charge-to-spin current conversion by Dirac surface states of topological insulators / K. Kondou, R. Yoshimi, A. Tsukazaki et al. / Nature Phys. 2016. No. 12. P. 1027–1031. https://doi.org/10.1038/nphys3833.
- Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange / G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, W. Zinn // Phys. Rev. 1989. No. B 39. P. 4828(R).
- Красинькова М. В. О роли обменного взаимодействия в магнитном упорядочении и проводимости манганатов // Журнал технической физики. 2002. Т. 72, № 5. C. 30.
- Нагаев Э. Л. Аномальные магнитные структуру и фазовые переходы в негейзенберговских магнетика // УФН. 1982. T. 136, № 1. C. 61–100.
- Data-driven magneto-elastic predictions with scalable classical spin-lattice dynamics / S. Nikolov, M. A. Wood, A. Cangi et al. npj Comput Mater 7. 153. 2021. https://doi.org/10.1038/s41524-021-00617-2.
- Сеидов Ю. М., Гусейнов М. Б., Гусейнов Н. Г. К теории негейзенберговских ферромагнетиков // ФММ. 1986. Т. 62, № 5. С. 1020–1022.
- Aplesnin S. S. Quantum spin liquid in an antiferromagnet with four-spin interactions // Physics of the Solid State. 1997. Vol. 39, No. 8. P. 1246–1250.
- Aplesnin S. S., Piskunova N. I. Influence of the four-spin exchange interaction on the magnetic properties of manganites // Journal of Physics Condensed Matter. 2005. Vol. 17, Is. 37. P. 5881–588.
- Nagaev E. L. Magnetics with complex exchange interaction // Science. 1988. С. 231.
- Aplesnin S. S. Quantum Spin Liquid in an Antiferromagnetic Chain with Spin-Phonon Interaction with S = ½ // Physics of Metals and Metallography. 2003. Vol. 96, Is. 3. P. 264–270.
- Aplesnin S. S. Two-dimensional quantum spin liquid with S = 1/2 spins interacting with acoustic phonons // Phys Lett. 2004. A 333. Vol. 5–6. P. 446–449. 13. Aplesnin S. S. Nonadiabatic Interaction of Acoustic Phonons with Spins S = 1/2 in the Two-Dimensional Heisenberg Model // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2003. Vol. 97, No. 5. P. 969–977.
- Anderson P. W. New approach to the theory of superexchange interactions // Phys. Rev. 1959. Vol. 115, No. 1. P. 2–13.
- Kittel C. Model of exchange-inversion magnetisation // Phys. Rev. 1960. Vol. 120, No. 2. P. 335–352.
- Interatomic Exchange Interactions for Finite-Temperature Magnetism and Nonequilibrium Spin Dynamics / A. Szilva, M. Costa, A. Bergman et al. / Phys. Rev. Lett. 2013. No. 111. P. 127204.
- Singer R., Dietermann F., F¨ahnle M. Spin Interactions in bcc and fcc Fe beyond the Heisenberg Model // Phys. Rev. Lett. 2011. No. 107. P. 017204.
- Spin-Phonon Coupling Effects in Antiferromagnetic Cr2O3 / Chi-Hang Hung et al. // Nanoparticles. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2010. Vol. 10, Is. 7. P. 4596–601. DOI: 10.1166/jnn.2010.1703.
- Cottam M. G., Lockwood D. J. Unusual behaviour of the spin-phonon coupling in the quasione-dimensional antiferromagnet RbCoCl3 // Sci Rep. 2022. Vol. 12. P. 14065. Doi.org/10.1038/s41598-022-18073-3.
