低溫下Pr-YIG和Gd3Ga5O12內(nèi)部交換作用有效場的研究.pdf

1、在過去的幾十年中,由于稀土石榴石在光隔離器、磁場傳感器、磁制冷等領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用,該晶體的研究已吸引了眾多研究者的目光。該晶體的優(yōu)良性質(zhì)主要起源于晶場效應(yīng),離子間電子交換作用和磁性離子的自旋漲落。但由于該晶體獨(dú)特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其復(fù)雜的磁特性,人們至今尚未研究清楚其內(nèi)部交換作用的規(guī)律。本文的主要研究目的是在低溫條件下對(duì)石榴石晶體內(nèi)部交換作用有效場進(jìn)行分析和探索,為此類晶體的應(yīng)用提供理論依據(jù)。本文的主要研究工作如下:
　　本文首先研究了自旋

2、漲落對(duì)摻鐠釔鐵石榴石(Pr:YIG)內(nèi)部交換作用的影響。由于晶體內(nèi)磁性離子的自旋漲落是晶體磁化率的產(chǎn)生原因,且自旋漲落、倒數(shù)磁化率及有效場系數(shù)三者隨溫度的變化一致,因此,我們根據(jù)晶體內(nèi)部自旋漲落的規(guī)律,成功的改進(jìn)了Pr:YIG晶體內(nèi)部的交換作用有效場系數(shù),得到的有效場為:0(1 T)in YIGH n gT be-w M=++。該式表明:在低溫下,Pr:YIG晶體的交換作用有效場由于受到了自旋漲落的強(qiáng)烈影響,有效場系數(shù)不僅隨溫度線性變化

3、,而且伴有明顯的指數(shù)變化,隨著溫度的升高,自旋漲落的影響快速減弱。為了檢驗(yàn)我們給出的交換作用有效場的合理性,在溫度為4.2—300K范圍內(nèi),我們計(jì)算了Pr:YIG的平均磁矩和磁光Faraday旋轉(zhuǎn)角。計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值符合的較好,證明了我們給出的有效場是合理的。
　　本文在計(jì)算了釓鎵石榴石(GGG)中Gd3+離子的晶場能級(jí)、波函數(shù)的基礎(chǔ)上,研究了GGG中交換作用有效場與溫度和外磁場的關(guān)系。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)磁矩的分析,確定了GGG內(nèi)部交換作

4、用有效場的形式為:該式表明:溫度和外磁場同時(shí)影響GGG晶體內(nèi)部磁離子間的交換作用,且二者之間為競爭關(guān)系。利用該有效場,當(dāng)外磁場沿[111]方向時(shí),計(jì)算了六個(gè)不等價(jià)次晶格中Pr3+離子的Zeeman劈裂能級(jí)和波函數(shù),進(jìn)而得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的平均磁矩。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算了該晶體在恒溫磁化過程的磁熵變 MDS和絕熱退磁過程的最大溫變DT。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合的很好,證明了本文給出的GGG晶體內(nèi)部的有效場的正確性。
　　本文給出了Pr