Theory of anisotropic magnets. Magnetic properties of rare earth metals and compounds

Per-Anker Lindgård

    Research output: Book/ReportReportResearch

    69 Downloads (Pure)

    Abstract

    Denne afhandling behandler de magnetiske egenskaber ved magnetiske materialer, i hvilke de magnetiske momenter er fastlåst i bestemte retninger i krystallen (anisotrope magneter). Sådanne materialer er af betydelig interesse både udfra et teknisk og et grundvidenskabeligt synspunkt. I kapitel 2 beskrives et antal eksakte transformationer af den Hamilton funktion, der beskriver de magnetiske vekselvirkninger. Disse transformationer er nødvendige for at kunne behandle problemerne med velfunderede teoretiske metoder. De magnetiske vekselvirkninger kan på en af de mest detaljerede måder undersøges ved at betragte de magnetiske momenter og små udsving fra deres ligevægtsstilling (spin eksitationer) ved hjælp af neutron spektroskopi. I kapitel 3 gives teorien for spin eksitationer i systemer med forskelligt forhold mellem energien af exchange vekselvirkningen og krystalfeltet. Renormaliseringen af de magnetiske vekselvirkninger forårsaget af anisotropi og af temperatureffekter diskuteres og
    sammenholdes med eksperimentelle observationer. En kvantemekanisk spinbevægelse ved det absolutte temperatur nulpunkt beskrives for det umagnetisk stof Pr, som har en singlet grundtilstand. I kapitel 4 beskrives resultatet af en analyse af de magnetiske vekselvirkninger i de sjældne jordarters (SJ) metaller. Det vises udfra eksitations spekteret for Pr at vekselvirkningen mellem to spin er stærkt anisotrop. Bidraget fra en sådan anisotropi er lille for de tunge SJ og formen og størrelsen af denne vekselvirkning kan ikke bestemmes med nogen sikkerhed. De dominerende træk af de tunge SJ kan forstås på basis af krystal felts anisotropi og en isotrop vekselvirkning mellem forskellige spin. Dette simplificerer forståelsen væsentligt af de sjældne jordarter. Spekteret af spin eksitationer er blevet analyseret, og de udledte inter atomare spin vekselvirknings parametre vises at forholde sig relativt, som forventet af de Gennes. De aftager med voksende afstand omvendt proportional med tredie potens af afstanden i lighed med dipole kræfter. I kapitel 5 benyttes det opnåede fysiske billede af forholdene for de rene SJ til at beskrive fase diagrammer af binære legeringer af SJ. Forekomsten af flere forskellige typer multi-kritiske punkter påvises. Ved disse punkter er flere magnetiske faser samtidig stabile. En svag koncentrations-afhængighed af exchange vekselvirkningen kan forklare en eksperimentelt funden lovmæssighed. Også legeringer mellem SJ og overgangsmetallerne er blevet undersøgt. Størrelsen og temperaturafhængigheden af de magnetiske momenter og den bemærkelsesværdige koncentrations afhængighed af den magnetiske ordens temperatur kan forstås på basis af en ganske enkel model. Koncentrationsafhængigheden stammer fra en ændring af den elektroniske båndstruktur. I kapitel 6 dem onstreres, at der forekommer exchange polarisation i et radikal som CO2-3 således at spin tætheden på O og C jonerne er antiparallelle. Beregninger af reduktionen af et magnetisk moment i et krystalfelt er også omtalt. I kapitel 7 diskuteres indflydelsen af en svag anisotropi på lineformen af neutron spectra målt i den paramagnetiske fase og nær det kritiske punkt. I kapitel 8 beskrives den første ab initio beregning af exchange vekselvirkningen i Gd. Det vises, at elektronernes bølgefunktioner (deres rumlige fordeling) spiller en større rolle end deres energi. Det var tidligere antaget, at den elektroniske energi (eller Fermifladen) var afgørende. Det kan konkluderes, at et antal af de magnetiske egenskaber og eksitations spektra i anisotrope magneter kan udredes ved hjælp af de her forelagte teorier. Størrelsen og formen af den magnetiske vekselvirkning i de sjældne jordarters metaller er på dette grundlag klarlagt. Denne viden kan enten udnyttes til at forudsige egenskaber af de tekniske vigtige legeringer af SJ og overgangsmetaller eller anvendes til at finde frem til interessante modelsystemer, som er velegnede til afprøvning af avanceret statistiske teorier. Det vil også være en udfordring for fremtidig forskning på dette felt yderligere at afprøve og forfine vores ab initio forståelse af de parametre, der bestemmer magnetiske vekselvirkninger.
    Original languageEnglish
    Place of PublicationRoskilde, Denmarkq
    PublisherRisø National Laboratory
    Number of pages82
    ISBN (Print)87-550-0460-1
    Publication statusPublished - 1978
    SeriesDenmark. Forskningscenter Risoe. Risoe-R
    Number358
    ISSN0106-2840

    Keywords

    • Risø-R-358
    • Risø-358
    • Risø report 358

    Fingerprint Dive into the research topics of 'Theory of anisotropic magnets. Magnetic properties of rare earth metals and compounds'. Together they form a unique fingerprint.

    Cite this