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横场下Ising变磁体相变的理论研究

刘静  
【摘要】: 近年来,随着磁性材料应用领域和应用范围的扩大,人们越来越重视新型磁性材料的研制和开发。特别是对多种变磁体材料无论在实验方面还是在理论方面都做了大量研究工作。就我们所知横场下变磁体磁性质还没有进行过理论研究。 本论文利用平均场理论研究了纵向磁场及横向磁场同时作用下双子晶格Ising变磁体的相图及临界性质。研究中得到了许多不同类型的相图,特别讨论了横向磁场对变磁体相变临界行为及其热力学性质的影响。主要内容如下: (1)采用平均场理论研究了纵向磁场及横向磁场同时作用下双子晶格Ising变磁体的基态磁性质。引入反映层间和层内自旋耦合强度比的参数α,分别计算了α=0和α≠0时基态能、纵向交错磁矩、纵向总磁矩、横向总磁矩、纵向磁化率等物理量,给出了Ω-h平面及Ω-α平面相图。结果表明,当α=0时,相图出现三临界点,它的坐标为ht=0.3578,Ωt=0.7156;当横向磁场Ω较小而纵向磁场h较大时,系统发生一级相变;当横向磁场Ω较大而纵向磁场h较小时,系统发生二级相变。在α≠0时,相图中出现四临界点,其坐标为α=-0.500,Ω=0.354,h=0.707。对于给定的Q值,随α减小系统发生相变所需的纵向磁场增大;随纵向磁场h增加或随α减小,系统的相变总是从一级变为二级;参数在α≤-0.66,Ω≤0.21,h≥0.78范围,系统发生了重入现象。 (2)采用平均场理论研究了纵向磁场及横向磁场同时作用下双子晶格Ising变磁体有限温度下α=0时的相图和热力学性质。计算了系统的内能、比热、纵向交错磁矩、纵向总磁矩、横向总磁矩等物理量。给出了t-Ω平面及t-h平面相图及系统内能、比热随温度变化规律。结果表明:当[0.7156<Ω<1,0<h<0.3578]时相变为二级相变,当[0<Ω<0.4470,0.4390<h<0.5]时相变为一级相变。在这两个区域内没有三临界点出现。当h在0.3578<h<0.4390范围内取一定值时,随Ω从0增加到0.7156相变从二级相变转变为一级相变;当Ω在0<Ω<0.7156范围内取一定值时,随h从0增加到0.5相变也从二级相变转变为一级相变,随横向磁场增加,系统的内能降低,比热的峰值和相转变温度也降低。 (3)利用平均场理论在Bogoliubov不等式的基础上研究了双子格Ising变磁体在横向和纵向磁场同时作用下的Gibbs自由能。在有限的温度下,计算了交错磁矩、纵向总磁矩、横向总磁矩和自由能等。分别作出了α=0.1,α=-0.4和α=-0.6时的Ω-t平面相图。结果表明,在外加的横向磁场和纵向磁场在某一区域内会出现三临界点,并且在这一区域内随外加横向磁场Ω的的减小和纵向磁场h的增加,三临界点的温度会单调增加。在某一区域内三临界点可以分解为临界端点和双临界端点。特别值得注意的是由于横向磁场Q的存在,相图中出现了四临界点。也发现四级临界点出现在-0.5≤α≤-0.25区域里,并给出了四临界点线。同时在相图中还出现了各种各样的重入现象,横向磁场的作用似乎是破坏了重入现象而纵向磁场的作用导致了重入现象的发生。在系统热力学性质研究中,计算了α=0.1,α=-0.4时横向磁场和纵向磁场取不同值时的内能和比热曲线。结果表明,在相图中不出现四临界点、临界端点和双临界端点的参数范围内,随Q的增加系统的内能降低;当相图中三临界点分解为临界端点和双临界端点时,情况变得非常复杂。


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