Magnetyczne przejścia fazowe i relaksacja badane techniką AC: magnetyki klasyczne, molekularne i niskowymiarowe

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Magnetyczne przejścia fazowe i relaksacja badane techniką AC: magnetyki klasyczne, molekularne i niskowymiarowe"

Adrian Adamczyk
5 lat temu
Przeglądów:

1 Magnetyczne przejścia fazowe i relaksacja badane techniką AC: magnetyki klasyczne, molekularne i niskowymiarowe Maria Bałanda Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków Rozpraszanie neutronów i metody komplementarne w badaniach faz skondensowanych VIII Ogólnopolska Konferencja, Siedlce, czerwca

2 Materiały magnetyczne diamagnetyzm paramagnetyzm ferromagnetyzm antiferromagnetyzm ferrimagnetyzm Znane od 1975: metamagnetyzm helimagnetyzm szkło spinowe cluster glass (mictomagnetism) speromagnetyzm superparamagnetyzm ceramiczne nadprzewodniki HT c ferrociecze Nowe : magnetyki molekularne nanomagnetyki molekularne: Single Molecule Magnets Single Chain Magnets warstwy molekularne magnetyki nanostrukturalne: cienkie warstwy (thin films) wielowarstwy (multilayers) nanocząstki (superferromagnetyzm) (superspinglass) nanodruty 2

3 Podatność magnetyczna dynamiczna AC AC = dm / dh statyczna DC DC = M / H H(t) = H o + h cos ( t) M (t) = M o + m cos( t - ) = M o + h cos( t) + h sin( t) = = M o + AC h e i t AC = i AC = dm / dh = m cosθ h = m sinθ h 3

4 ( ) - dyspersja ( ) - absorpcja Podatność nieliniowa : nieodwracalny ruch ścianek domenowych mała pętla histerezy w ferromagnetykach w paramagnetykach - relaksacja spin-sieć ruch strumienia w nadprzewodnikach. H(t) = H o + h cos (2 f t) M(H) = M o + 1 H + 2 H H M(t) = M o + h ( 1 cos( t) + 1 sin( t)) + ½ h 2 ( 2 cos(2 t) + 2 sin(2 t)) + ¾ h 3 ( 3 cos(3 t) + 3 sin(3 t)) +..., 2 związane z sygnałem rejestrowanym przy 2f (druga harmoniczna 2hr) 3 - związane z sygnałem rejestrowanym przy 3f (trzecia harmoniczna 3hr) 4

5 Wyznaczanie temperatury krytycznej T C {[Fe II (H 2 O) 2 ] 2 [Nb IV (CN) 8 ] 4H 2 O} n - molecular 3D ferromagnet Wyznaczanie T c : d /dt minimum onset maximum 3% D. Pinkowicz, R. Podgajny, R. Pełka, W. Nitek, M. Bałanda, M. Makarewicz, Barbara Sieklucka, et al.dalton T. (2009)

6 Układ quasi dwuwymiarowy Kosterlitz-Thouless transition : (tetrenh 5 ) 0.8 Cu 4 [W(CN) 8 ] 4 *xh 2 O M. Bałanda, R. Pełka, T. Wasiutyński, M. Rams, Y. Nakazawa, T. Korzeniak, M. Sorai,, Phys. Rev. B, 78 (2008)

7 Wyznaczanie wykładnika krytycznego (tetrenh 5 ) 0.8 Cu 4 [W(CN) 8 ] 4 *xh 2 O Hipoteza skalowania, T bliskie T c = T/T c - 1 h 0 - M T > T c T < T c Model = XY anisotropy d = 2 Ising 1/ d = 3 Ising d = 3 XY ~ d = 3 Heisenberg ~ mean field 1/2 1 7

8 TbCo 2 Si 2 - nietypowe przejście przed T N zarejestrowane przez d /dt Kolinearny AFM struktura modulowana niewspółmierna T N = 46 K A. Szytuła, M. Bałanda, B. Penc, M. Hofmann, J. Phys.-Condens. Mat., 12 (2000)

9 TbAuIn AFM z frustracją Przejście szkliste powyżej T N wyjaśnione przy pomocy 3hr i 2hr Badania neutronowe : T N = 33 K, między T N i T t = 52 K rozpraszanie dyfuzyjne Ł. Gondek, A. Szytuła, M. Bałanda, W. Warkocki, A. Serczyk, M. Gutowska, Solid State Commun., 136 (2005) 26. 9

10 Zależność AC od amplitudy h GdPdIn ferromagnetyk T C = 102 K 10 % DyPdIn ferrimagnetyk T c = 34 K Przejście AFM-FI T t = 14 K M. Bałanda, A. Szytuła, M. Guillot, J. Magn. Magn. Mater. 247 (2002) 345; 10

11 Metale ziem rzadkich Gadolin Tul sinusoidal modulation 4 up - 3down M. Bałanda in Relaxation Phenomena ed. W. Haase, S. Wróbel, Springer, p

12 Relaksacja magnetyczna Relaksacja w polu stałym M(t) = M 0 exp(-(t/τ)) (for H ) M(t) = M 0 exp(-(t/τ) 1-n ) Relaksacja w polu zmiennym ( ) 1 ( i ) T S S 1 max = ½ ( T - S ) s s 12

Paramagnetyk CrK(SO 4 ) 2 *12H 2 O f = 5 Hz 10 000 Hz Magnetyki uporządkowane d w d

13 Paramagnetyk CrK(SO 4 ) 2 *12H 2 O f = 5 Hz Hz Magnetyki uporządkowane d w d w = (2 J S 2 / K u a ) 1/2 w = 2 K u /d w w = T - S w 2 4M s L w 2M K 2 s u d L w 13

14 Nanocząstki superparamagnetyczne - ferrytyna τ exp ( KV/kT) ~ 4500 Fe(III) ions ~ 300 B nanokryształ 5Fe 2 O 3 *9H 2 O X 1 T p T p log f

15 Single Molecule Magnet Mn12 [Mn 12 O 12 (O 2 CCH 3 ) 16 (H 2 O) 4 ]4H 2 O.2CH 3 COOH Mn12 w krzemionce S total = 10 J intra 100 K J inter 0.2 K anizotropia jednoosiowa D = 0.24 X 0.17 τ exp ( DS 2 /kt) M. Fitta, Ł. Laskowski, M.B. to be published 15

16 Single Chain Magnet [MnRTPP][TCNE] ' [emu/mol] 3 Ortho F 2 s=3/2 1 Hac = 2 Oe 0 2 Hz 5 Hz 10 Hz 20 Hz 40 Hz 80 Hz 140 Hz 240 Hz 600 Hz 1000 Hz 2000 Hz 1,0 ''[emu/mol] R = Ortho F Jintrachain /Jinterchain 104 0,5 0, T [K] X = M. Bałanda, M. Rams, S. K. Nayak, Z. Tomkowicz, W. Haase, K. Tomala, J. V. Yakhmi, Phys. Rev. B 74 (2006)

17 ' [emu/mol] Współzawodnictwo zwalniania relaksacji (blokowania) i tendencji do porządkowania magnetycznego blokowanie SCM T b =6.6K blokowanie + uporządkowanie T b = 5.4K T c =8.8K uporządkowanie T c = 22K powolna relaxacja w T<8 K 3 (a) R = F (ortho) 5 Hz Hz 20 R = F (meta) (b) 5 Hz Hz R = OC 12 H Hz Hz (c) T [K] T [K] T [K] 17

18 Możliwości badawcze przejścia fazowe : mała amplituda h stan podstawowy, wykładniki krytyczne zmienna amplituda h odróżnienie FM (FI) od AFM dodatkowe pole H DC rodzaj porządku magnetycznego, diagramy fazowe wyższe harmoniczne wnioskowanie o rodzaju przejścia dynamika momentów magnetycznych : zmienna częstość f pola oscylującego badanie relaksacji wyższe harmoniczne wnioskowanie o rodzaju przejścia wpływ pola statycznego H DC na zależność od częstości 18

19 Dziękuję za uwagę 19

20 20

21 Schemat podatnościomierza AC 1 cewka pierwotna 2 cewki wtórne 3 magnes nadprzewodzący f : 1 Hz 10 khz h : 0.01 Oe 10 Oe H : ok. 7 T 21

22 and in relaxation process ( ) S '( ) S T S 1 i T 1 S 2 2 "( ) ( T S ) and for the frequency range close to the frequency of the relaxation process; the curves were calculated taking S = T /4 Frequency-dependent is always accompanied by. = 1 ' 2 ln is strongest ( 50% ) in case of one process with one τ. Weak (like in spin glasses) point to the distribution of relaxation times. 22

23 Research possibilities of the commercial AC susceptometer Comment: Most of the results shown in the presentation have been obtained at the LakeShore 7225 Susceptometer. Temperature dependence AC (T) Frequency dependence AC ( f ) Oscillating field dependence AC (h AC ) External DC field dependence AC (H appl ) Nonlinear susceptibility, i.e. higher harmonics AC (1, 2, 3 ) Acknowledgement: The author is grateful to the EDU FY CE project for invitation to take part in the Autumn School, UEF SAV Košice 2012 and for the supprt. 23

24 Loss mechanisms : irreversible wall displacement irreversible magnetization rotation hysteresis loss eddy currents ( f 2 ) diffusion of electrons diffusion of defects = o exp (E a / kt) Hard magnets 3d-4f intermetallics Nd 2 Fe 14 B, Ho 2 Fe 14 B, Er 2 Co 17, Tm 2 Fe 17, Sm 2 Fe 17 Spin reorientation: easy axis easy cone DWD domain wall displacement DMR domain magnetization rotation domain structure reconstruction with activation energy E a 0.4 ev dynamic wall pinning and depinning with E a 0.5 ev E a due to intrinsic crystal anisotropy + extrinsic defect structure D.-X. Chen, V. Skumryev, J.M.D. Coey, Phys. Rev. B 53 (1996)

Podobne dokumenty

Uporzadkowanie magnetyczne w niskowymiarowym magnetyku molekularnym

Uporzadkowanie magnetyczne w niskowymiarowym magnetyku molekularnym (tetrenh 5 ) 0.8 Cu 4 [W(CN) 8 ] 4 7.2H 2 O T. Wasiutyński Instytut Fizyki Jadrowej PAN 15 czerwca 2007 Zespół: M. Bałanda, R. Pełka,