影响稀土氟化物NdF3磁特性因素的研究

论文摘要

本论文用量子理论对顺磁材料NdF3在低温、强磁场作用下的磁特性进行了理论研究,并将其结果与实验进行了比较分析,探索材料在低温、强场的情况下磁化的微观机理。 磁性是物质的基本物理属性之一。对物质磁性的理论研究,有利于实验上进一步开发和研制新的磁性材料产品。在磁性物质磁特性的产生机理研究分析中,我们知道,温度、外磁场作用对磁性材料的磁特性影响很大。1999年,法国物理学家M.Guillot等人第一次报道了NdF3在强磁场条件下,温度在40K以上、外磁场沿c轴方向磁化,磁化强度M与外磁场H成线性关系。但在温度低于40K时,磁化强度与外磁场呈现很复杂的曲线关系。在4.2K温度时,随外磁场的增加,磁化强度值非线性增加,有磁饱和的趋势。在1.6K温度、相对较低的外磁场（50KOe）时,会出现饱和磁化的现象且饱和磁化值较小。M.Guillot等人1998年还报道了单晶Er3Ga5O12（简写为ErGG）石榴石也有类似特有的磁特性。这些实验结果,显示了低温、强磁场下顺磁材料所特有的一些磁性现象,引起众多理论工作者的兴趣。但用传统的量子理论方法计算低温和强磁场这样特殊的条件下磁特性时,都出现部分研究范围的大幅度误差。 本文作者经过对传统模型的一些修正,用量子理论定量计算了磁场作用下单晶NdF3在低温和强磁场情况上的磁特性,得出了在温度分别为1.6K、4.2K、40K时,外磁场在0～300kOe范围内磁化强度随磁场的变化关系,其结果与实验基本吻合。我们对模型的修正主要是两个方面,其一考虑稀土离子的局域性,利用有效晶场的概念来修正由点电荷模型得出的晶场系数。其二是考虑“超交换”作用提出有效磁化率与外磁场的非线性关系,修正系统的哈密顿量。 全文具体地考虑NdF3的特定的微观结构,计算了基组态4f3电子4I谱项的四个多重态4I15/2、4I13/2、4I11/2、4I9/2能级在考虑晶场、同时考虑L—S耦合对磁化

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要（Abstract）
• 第一章 绪论
• §1.1 物质磁性简述
• 1.1.1 物质磁性的分类
• 1.1.2 稀土金属中的复杂磁结构
• 1.1.3 物质磁性的研究
• §1.2 顺磁性物质的研究进展
• 1.2.1 低温顺磁性材料磁特性实验研究进展
• 1.2.2 低温顺磁性材料磁特性理论研究进展
• §1.3 本文研究的主要内容
• §1.4 参考文献
• 第二章 基本理论
• §2.1 基本概念
• §2.2 理论模型
• §2.3 矩阵表示
• §2.4 计算磁矩
• §2.5 参考文献
• 第三章 我的研究工作
• §3.1 晶体结构分析
• 3晶体结构'>3.1.1 NdF₃晶体结构
• 3.1.2 ErGaG石榴石晶体结构
• §3.2 影响材料磁性因素的研究
• 3+的磁化'>3.2.1 在不同温度和外磁场作用下自由Nd³⁺的磁化
• 3磁化的影响'>3.2.2 在晶场作用下基态能级对NdF₃磁化的影响
• 3的磁化的影响'>3.2.3 外磁场作用对NdF₃的磁化的影响
• 3能级劈裂的影响'>3.2.4 L-S耦合对NdF₃能级劈裂的影响
• 3.2.5 L-S耦合对ErGaG磁化的影响
• §3.3 模型修正的计算情况
• 3磁化的影响'>3.3.1 晶场系数的修正对NdF₃磁化的影响
• 3磁化的影响'>3.3.2 晶场的屏蔽因子对NdF₃磁化的影响
• 3磁化影响'>3.3.3 超交换作用及其对NdF₃磁化影响
• 3.3.4 超交换作用及其对ErGaG磁化影响
• §3.4 参考文献
• 第四章 论文总结
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录