低维自旋阻挫系统磁学性质和磁热效应的研究

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几何阻挫系统显示各种不寻常的现象:超导、自旋玻璃、自旋冰、自旋液体行为等,由于阻挫的存在从根本上改变了系统的对称性和相变性质,因此对含阻挫体系的研究近些年来越来越受到关注。  本文主要模拟正方晶格、三角晶格和Kagome晶格的磁学和热力学性能。首先建立二维经典Heisenberg反铁磁自旋阻挫模型,然后分别用修正的和标准的Monte Carlo算法模拟了两种不同的能量模型:各向异性能模型和价键声子模型。重点模拟系统中有各向异性能时,三种晶格的磁化强度、比热和磁熵变等方面的内容。  本文共分为五章,第一章介绍了阻挫晶格材料的概况,介绍了近年来国内外对阻挫晶格材料的研究状况。第二章介绍了Monte Carlo方法,建立二维经典Heisenberg反铁磁自旋阻挫模型,并推导了晶格系统的磁化强度、比热和磁熵变方程。第三章和第四章分析了不同机制下三种晶格模型磁学性质和磁热效应的变化规律。第五章给出结论。本文得出下列结论:  1.当各向异性常数一定时,分别模拟了三种晶格体系在不同温度下的等温磁化曲线。温度较低时,阻挫晶格的等温磁化曲线出现多个磁化平台,并且随着温度的升高,多个磁化平台逐渐合成一个M=1/3的磁化平台;温度继续升高,磁化平台完全消失。正方晶格反铁磁磁化曲线在低温下也有平台(M=0.0)出现。在不同的外加磁场下,模拟了磁化强度和比热随温度的变化关系。在阻挫系统中,外磁场较小时,磁化强度随温度迅速减小;随着外加磁场的增大,磁化强度随温度的变化曲线先增大后减小,表现一个圆形的峰。说明在该磁场区,随着温度升高,热力学波动并没有完全抑制系统的磁化强度,反而加强了系统的磁化强度。  2.当温度一定时,分别模拟了三种晶格系统在不同的各向异性常数下的等温磁化曲线。磁化平台个数随着各向异性常数的增大而逐渐增多,平台位置同时改变。正方晶格的等温磁化曲线也出现了多个平台结构。  3.在价键声子模型中,三角晶格的磁化曲线在不同的耦合常数下也会出现多个磁化平台。  4.各向异性常数一定时,研究了三种晶格体系在不同磁场下磁熵变随温度的变化关系。阻挫晶格磁熵变在不同磁场下随温度的变化都是负值,没有异常情况出现,而无阻挫的正方晶格的磁熵表现正值。
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