稀土化合物的磁性和晶场效应研究

摘要

晶场理论表明，稀土化合物中稀土离子的磁各向异性主要来源于晶体电场作用，即晶体中局域可电子磁矩受到周围离子或原子的电场作用后，将会形成反映晶体对称性的特殊的电子状态，使稀土离子的多重基态发生分裂，并对系统的电阻率、磁化率、比热等性质产生极大的影响。研究稀土化合物中稀土离子的基态分裂是凝聚态物理中有意义的课题之一。该研究将有助于进一步了解稀土化合物的结构和物理特性，并在材料物性研究方面起到积极的指导作用。 本论文研究的主要内容是基于点电荷模型，在晶场理论和分子场理论的基础上，通过对稀土化合物单晶或多晶样品的磁化率实验数据分析，研究稀土离子的多重基态在不同对称性晶场影响下的分裂。实验数据主要是Ce-Rh-T(T：Ge，Sn，Ga)、RPtAl(R：Ce，Pr)、R2Ge2In(R：Ce，Pr，Nd)和RCuAs2(R：Ce，Pr，Nd，Tb)的磁化率倒数一温度曲线。 首先计算拟合Ce-Rh-T和RPtAl的单晶磁化率倒数一温度曲线，计算曲线与实验曲线符合得很好。我们的计算结果与TaikiUeda小组和G.F.Chen小组的预测是相符合的，而且PrPtAl的晶场分裂已由Kitazawa小组的中子散射实验所证实。我们又进一步计算拟合R2Ge2In单晶样品及RCuAs2多晶样品的磁化率倒数一温度曲线，也得到了与D.T.Adroja小组中子散射实验相符合的结果。 计算表明：晶场效应能够引起稀土离子有效磁矩和饱和磁化强度的减少以及磁化率曲线与居里一外斯拟合曲线在低温区域的偏离等。它通常在高温区域的作用比较明显，我们的计算曲线很好的再现了实验曲线。到了近藤温度以下的低温区域时，晶场效应开始伴随着近藤效应、磁有序、c-f杂化和稀土离子间的RKKY交换作用等一起控制系统的各种性质。例如在磁相变温度(如近藤温度、居里温度等)以下，晶场效应甚至能够改变稀土化合物的磁相变温度，使Pr3+在单基态下也能发生磁有序相变。 在晶场效应的作用下，稀土离子的基态简并度部分或完全消失后，得到的新波函数总是相同总角动量J不同M的波函数的线性组合。Kramers离子Ce3+(J=5/2，基态2F5/2)、Nd3+(J=9/2，基态419/2)的多重简并基态分裂后通常得到的是混合的双基态。非Kramers离子Pr3+(J=4，基态3H4)的九重简并基态分裂后通常得到单基态。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章理论基础和计算方法

第三章Ce-Rh-T和RPtAl单晶的晶场效应研究

第四章R2Ge2In和RCuAs2化合物的晶场效应研究

第五章总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

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