论文部分内容阅读
近年来,随着配位化学技术的不断发展,由全新的化学合成途径得到的分子基磁性材料因其重要的性能和应用前景成为材料学和配位化学中最活跃的课题。另一方面,Ising模型是研究磁性材料最简单且最具代表性的模型,尤其是人们利用该模型解释了磁性薄膜在交变外场下的非平衡态相变后,对这一模型的研究又成为了一个热点课题。因此利用I sing模型研究分子基磁体在非平衡态下的相变行为对材料设计及研发有着重要的指导意义。本文利用相关有效场理论研究了高自旋Blume-Capel模型(BC模型)在交变外场下的动力学相变。BC模型可以用来描述含有高自旋磁离子(如Fe3+, Mn2+, Ni2+, Cr3+且磁离子受晶场作用的磁性薄膜。研究结果表明:薄膜中磁离子受到的晶场值是决定薄膜材料相变行为的主要因素。当晶场常数取绝对值很大的负值时,系统在低温低外场区会出现混合相区域,这是非平衡态下系统特有的磁现象。模型中考虑的最近邻磁离子间的关联越多,意味着自旋间的热力学涨落越多,混合相区域越窄。对于半整数S=3/2的薄膜材料,系统会出现特殊的一阶有序—有序相变,而对于整数S=1的磁性薄膜则不发生一阶有序—有序相变。这说明磁性薄膜材料中磁离子的自旋值对薄膜材料的相变行为有很大的影响。在BC模型研究的基础上,构造了层状蜂窝晶格结构的混自旋Ising模型描述结构更复杂的草酸根双金属分子基磁体,并研究了其在交变外场下的补偿行为和磁有序温度。当草酸分子基磁体中的金属离子为钒时,化合物的补偿行为由VⅢ离子的层间耦合决定。如果材料的层间距离很大,使得VⅢ离子的层间耦合为零时,材料不会出现补偿温度。另一个决定补偿温度的因素是金属离子在材料中受到的晶场作用,只有这个晶场大于临界晶场时才会出现补偿温度。随着晶场的增强,材料的补偿温度降低,但当晶场足够强后,补偿温度不再受晶场变化的影响。对材料磁有序温度的研究表明,层问耦合越强,磁有序温度越高;晶场越强,磁有序温度越高;外磁场越弱,磁有序温度越高。分子基磁体中的金属离子为铁时,在低外场下化合物的补偿行为不受层间耦合的影响。即使材料的层间距离很大,材料的层间耦合为零时,只要晶场大于临界晶场,铁类分子基磁体仍会出现补偿行为。这一结果表明该种分子基磁体中存在其他更长距离的相互作用。材料的磁有序温度由层间耦合和晶场决定,而这两个值受分子基磁体中的有机阳离子控制。有机阳离子尺寸越大,材料的层间距越大,层间耦合作用减小,磁有序温度降低;有机阳离子的结构越复杂,对称性越好,磁离子受到的晶场作用越强,磁有序温度升高。因此有机阳离子的选择决定了材料最终的磁有序温度。比较钒类分子基磁体和铁类分子基磁体的磁有序温度发现,在相同参数条件下,铁类即自旋值高的分子基磁体比钒类即自旋值低的分子基磁体具有更高的磁有序温度。