Spektroskopia mionów w badaniach wybranych materiałów magnetycznych Piotr M. Zieliński NZ35 IFJ PAN
1. Fundamenty spektroskopii mionów. Typowy eksperyment 3. Cel i obiekty badań 4. Przykłady otrzymanych wyników 5. Podsumowanie
It seems possible that polarized positive and negative muons will become a powerful tool for exploring magnetic fields in nuclei [...], atoms, and interatomic regions. (Garwin et al., Phys. Rev. 1957) μsr muon Spin Rotation, Relaxation, Q μ = ± 1e S μ = ½ M μ = 4,84 10-3 μ B m μ =105.7 MeV (0.113 m p ; 06,8 m e ) τ μ =,197 μs γ μ = 135,5 x π MHz/T Możliwości Struktura, dynamika materii skondensowanej 10 mk do 1000 K ~ 1,5 Gpa 8 T 1 h Ograniczenia Rozmiar / Masa próbki 6,5 mm, 0.07 mm Najczęściej: 150 mg /cm wiązki Grubość: > 1mm ( mat. organiczne ρ ~ 1g/cm 3 ) 100 300 μm ( metale przejściowe) Resonace (ALC, RF-μSR, techniki stroboskopowe).
ν µ ν e µ + e + exp - t/ p+p π + + p +n p+n π + + n +n π + µ + W θ 1 + a as ε cos θ
ω μ = γ μ B loc B loc = B ext + B 0 γ μ = ge = π 135,5 MHz m μ T A t = a 0 ηp Z t = N F t α baln B t N F t + α bal N B t N F,B t = N 0 exp t/τ μ 1 ± a 0 P Z t a 0 ~0.5
Teoria zjawisk krytycznych f τ τ k τ 0 Model magnetyka molekularnego τ = T T kr T kr k = lim τ 0 logf τ logτ H = J ij,x S i,x S j,x + J ij,y S i,y S j,y + J ij,z S i,z S j,z i<j S i,k (k = x, y, z) Liczba niezerowych składowych spinu określa wymiar n parametru porządku
Z pomiarów μsr bezpośrednio: ZF TF LF B T = B 0 1 T T kr σ β f f 0 f 0 ~x(t)~ T T C 1 γ τ~ T T C 1 w Pozostałe wykładniki krytyczne z relacji skalowania, np. : α = β γ ν
T. Wasiutyński, R. Pełka, M. Czapla, P. Konieczny, M. Bałanda, M. Fitta NZ34, IFJ PAN B. Sieklucka, R. Podgajny, D. Pinkowicz Uniwersytet Jagielloński F.L. Pratt, A. Hillier ISIS, Rutherford Appleton Laboratory A. Amato, SμS, Paul Scherrer Institute A. Inaba, Y. Miyazaki Research Center for Structural Thermodynamics, Osaka University
(FeNb) O} 4H ] (CN) [Nb ] (pirazol) {[Fe 6. (Cu3W) } ] (CN) [W (pirazyna) {Cu 5. (Cu3M o3) O} 4H ] (CN) [Mo )Cu {(dienh 4. (M nnb) O} H ] (CN) ][Nb O) (H ][Mn O) a)(h (pirydazyn {[Mn 3. Cu7W4) O 4H } ] (CN) [W ] (CN) [W Cu {Cu. (Cu4W4) O} 7H ] (CN) [W Cu {(tetrenh ) 1. n 8 IV 4 8 V 3 3 8 V 3 3 n 8 IV x 8 IV 4-x 8 V 4 x n 4 8 V 4 0.8 5 n [M'(L)] Badane związki 3/4 [M(CN) 8 ]
a a b a b c c b Cu4W4 Cmc 1 b a W V (S=1/) Cu (S=1/) ortorombowa a = 7.379(6) Å b = 3.096() Å c = 7.0160(6) Å Cu3Mo3 Cmc 1 Cu7W4 I4/mmm W V (S=1/) Cu (S=1/) Tetragonalna a = 7.858(9) Å b = 7.858(9) Å c = 8.8(5) Å MnNb P 1 /c b a Mn V (S=5/) Nb IV (S=1/) Jednoskośna a = 10.605(1) Å b = 15.5751() Å c = 14.3869() Å β = 108.85(1) c a Mo V (S=1/) Cu (S=1/) Ortorombowa a = 7.340(15) Å b = 31.667(5) Å c = 7.0119(15) Å Cu3W W V (S=1/) Cu (S=1/) FeNb I4 1 /a Fe (S=) Nb IV (S=1/) Tetragonalna a=b = 1.659(5) Å c = 9.618(5) Å
b a c a V {(tetrenh 5) 0.8Cu 4[W (CN) 8] 4 7HO} n ~ 5.4 Å W V (S=1/) Cu (S=1/) ~ 10 Å ISIS-RAL MuSR, m 1 g; polikrystaliczna ZF 5-300 K LF 0-00 G
ω λ1t t A cos ω te A cos ω t A e i γ μ B 1 0 1 λ t T C = 33.16(1) K β = 37(1) B i T B i 0 1 T T C λt a rele T TC λt KT a rele PZ Δ,B, t T TC A t A t Δ λ 1 γ B τ μ f τ LF
{[Mn (pirydazyn a)(h O) ][Mn (H O) ][Nb IV (CN) ] H O} 8 n Nb 4 CN8 H O O Mn pydz Mn H Mn V (S=5/) Nb IV (S=1/) ISIS-RAL ARGUS, m 0.8 g; polikrystaliczna ZF LF 0-3900 G TF 0 G T 4,5-100 K SμS-PSI GPS, ZF 4.5-70 K
B i T B i 0 1 T T C T C = 4.08(3) K β = 0.38(1)
TF f f 0 f 0 ~x(t)~ T T C 1 f 0 = γ μ B 0 π ; B ind ~χb 0 B loc = B 0 + B ind γ γ = 1.38(5) LF τ~ T T C 1 w w = 1.117(8) R Pełka et al., Phys.Rev. B 85 (01) 447
Substancja Struktura T C (K) B 0 (G) β γ Model Cu4W4 Ortorombowa 11 D XY 33.16 0.37 - Cmc 1 61.7 Cu3Mo3 Ortorombowa D XY 7.6 93.5 0.7 0.19 Cmc 1 Cu7W4 Tetragonalna 3D HSB 39.86 94 0.373 - I4/mmm MnNb Jednoskośna 399 3D HSB P 1 /c 4.08 131 31 0.38 1.38 FeNb Tetragonalna 3D HSB 7.8 33 0.4 - I4 1 /a Cu3W - 40.76 0.7 1.49 D XY? Model (d n) D Isisng ( 1) D XY ( ) 3D Ising (3 1) 3D Heisenberg (3 3) β γ 0.15 1.75 0.4 1.4 0.35 1.41 0.365 1.386
1. Wyznaczono temperatury krytyczne. Zbadano temperaturowe zależności wewnętrznych pól magnetycznych 3. Wyznaczono wartości parametrów krytycznych β, γ, w 4. Przyporządkowano badane układy do odpowiadających im modeli oddziaływań magnetycznych. Acta Phys. Pol. A, 14 (013) 977 J. Magn. Magn. Mater., 344 (013) 105-108 EPJ Web of Conferences 40, 1400 (013) Physica B, 411 (013) 7 Phys. Rev. B, 85 (01) 447 J. Phys.: Conf. Ser. 303 (011) 01034 Phys. Rev. B, 8 (010) 094446
19/19