分子基磁體作為一類(lèi)廣闊的、正在興起的
磁性材料擴展了和磁體有關(guān)的材料的特征，包括：低密度、透明性、電絕緣性、能低溫合成以及可以用其它因素控制其磁有序程度(如光敏性)。其中，由兩種磁性原子反鐵磁規則地交替排列而形成的亞
鐵磁材料由于其存在補償溫度更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。補償溫度即為低于臨界溫度總磁矩消失的溫度。補償溫度在磁光記錄領(lǐng)域具有重要的應用。本文將討論兩類(lèi)典型分子基磁體——AFeⅡFeⅢ(C2O4)3(A=N(n-CnH2n+1)4，n=3-5)和V(TCNE)x.y——的磁性質(zhì)。理論上，混自旋Ising模型為分子基磁體展現亞鐵磁有序和存在補償溫度提供了一個(gè)簡(jiǎn)單模型。在Ising模型中，自旋是個(gè)標量。但眾所周知，自旋是產(chǎn)生磁性的重要原因，它們是遵從量子力學(xué)行為的力學(xué)量，當磁性離子間存在反鐵磁耦合時(shí)，量子效應就非常重要了，系統的磁性行為要受到自旋量子漲落的影響。在考慮自旋量子效應的影響時(shí)就必須采用海森堡模型。雙時(shí)格林函數方法是在全溫區內給出系統熱力學(xué)性質(zhì)合理結果的標準方法。 本文將利用雙時(shí)格林函數方法研究上述兩類(lèi)分子基
磁性材料的磁性質(zhì)。我們將給出應用雙時(shí)格林函數方法研究亞鐵磁海森堡模型的理論體系和研究方法。重點(diǎn)討論亞鐵磁系統的格林函數理論，最近鄰耦合(層內耦合和層間耦合)、次近鄰耦合、磁晶各向異性和外場(chǎng)對系統磁矩、補償溫度和轉變溫度的影響。并與Ising系統的結果加以對比討論。 本文的研究工作主要包括三方面的內容：一是利用線(xiàn)性自旋波理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基
磁性材料的低溫磁性質(zhì)；二是應用雙時(shí)格林函數技術(shù)研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基
磁性材料在全溫區的磁性質(zhì)；三是應用雙時(shí)格林函數技術(shù)研究了V(TCNE)x.y類(lèi)分子基磁性材料在全溫區的磁性質(zhì)。 一、AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基磁性材料的低溫磁性質(zhì) 本文應用線(xiàn)性自旋波理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基磁性材料的低溫磁性質(zhì)。這類(lèi)分子基磁體可用具有層間耦合的蜂窩狀晶格混自旋2和5/2的亞鐵磁海森堡模型來(lái)描寫(xiě)。給出了系統的能譜、內能、比熱、基態(tài)和低溫磁矩。研究結果表明：系統的自旋波譜存在兩個(gè)分支。在無(wú)單離子各向異性時(shí)，這兩支能譜分別為聲頻支和光頻支；在存在單離子各向異性時(shí)，兩支頻譜皆為光頻支，兩支頻譜間形成一個(gè)能隙，且其中一支始終為負能譜。子晶格基態(tài)磁矩存在零點(diǎn)量子漲落，即在零溫下，系統子晶格磁矩小于其自旋量子數，這是系統內存在反鐵磁耦合作用的效果。子晶格內存在的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性作用具有增加系統長(cháng)程序，增強系統磁矩穩定性的作用，而熱力學(xué)漲落則破壞系統的長(cháng)程序，系統的磁性行為就是這幾種作用競爭的結果。系統子晶格磁矩隨溫度升高而減小，而系統平均每格點(diǎn)比熱和內能則隨溫度升高而升高；隨著(zhù)D1/J1和J2/J1的升高，子晶格磁矩增大，而比熱和內能則減小。 二、AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基磁性材料的全溫區磁性質(zhì) 本文應用雙時(shí)自旋格林函數理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類(lèi)分子基磁性材料的全溫區磁性質(zhì)。給出了應用雙時(shí)格林函數技術(shù)研究亞鐵磁海森堡模型的理論體系和研究方法。導出了系統的能譜、基態(tài)磁矩、有限溫度磁矩、有場(chǎng)磁矩、轉變溫度、補償溫度和初始磁化率的公式。研究結果表明：層間耦合作用、磁晶各向異性和外場(chǎng)對系統的能譜、磁矩、補償溫度和轉變溫度有重要的影響。子晶格中的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性都起到了增加其長(cháng)程序，增強其子晶格磁矩穩定性的作用；熱力學(xué)漲落削弱了系統的磁有序，起到了破壞系統子晶格磁矩的穩定性的作用；縱向外場(chǎng)起到了在縱向穩定系統磁矩的作用。系統的磁矩就是這幾種作用之間竟爭、聯(lián)合作用的效果。只有當自旋量子數較小的子晶格A的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性較大時(shí)，才能使子晶格A的磁矩衰減的程度慢于自旋量子數較大的子晶格B的磁矩衰減的程度，出現補償現象。隨著(zhù)J1/J和D1/J的增加，系統的補償溫度TC降低而轉變溫度TN升高。而子晶格B的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性起到了穩定其磁矩的作用，隨著(zhù)J2/J和D2/J的增加，系統的補償溫度TC和轉變溫度TN都升高，達到一定程度時(shí)，就不會(huì )再出現補償現象，甚至會(huì )出現系統總磁矩大于兩子晶格自旋量子數差值的情況，這就是Neel所預言的P型磁矩曲線(xiàn)?？v向外場(chǎng)起到了增強系統在縱向磁矩的作用，隨著(zhù)外場(chǎng)的增加，補償現象會(huì )消失。零溫下初始磁化率x∥等于零，隨著(zhù)溫度的增加，初始磁化率先逐漸增加，達到某一溫度時(shí)，突然達到一個(gè)最大值，再減少到零，此最大值對應的溫度就是轉變溫度TN。這一溫度即為系統的二級相變點(diǎn)，系統由亞鐵磁相進(jìn)入到順磁相。單離子各向異性作用越大，磁化率的峰值就越小，層間耦合也起到了同樣的作用。系統的二級相變點(diǎn)的溫度(即轉變溫度)隨D1/J的增大而增大。 三、V(TCNE)x.y類(lèi)分子基磁性材料在全溫區的磁性質(zhì) 本文應用雙時(shí)自旋格林函數理論研究了V(TCNE)x.y類(lèi)分子基磁性材料在全溫區的磁性質(zhì)。給出了系統的能譜、基態(tài)磁矩、有限溫度磁矩、有場(chǎng)磁矩、轉變溫度和補償溫度的公式。研究結果表明：自旋量子數較小的子晶格A內的鐵磁性次近鄰耦合J2/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩定性的作用。在J1-J2-D2模型中，當J2≥J2min/｜J1｜時(shí)，系統產(chǎn)生補償現象，補償溫度TC并不隨J2/｜J1｜而變化，這一點(diǎn)與Ising模型蒙特卡羅模擬的結論相同。自旋量子數較大的子晶格B內的鐵磁性次近鄰耦合J3/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩定性的作用。J3/｜J1增加，補償溫度TC和轉變溫度TN都將升高，且補償點(diǎn)將向相變點(diǎn)移動(dòng)，當J3/｜J1｜≤J3max/｜J1｜時(shí)，兩點(diǎn)重合，補償現象消失。這一點(diǎn)與Ising模型蒙特卡羅模擬的結論不同，Ising模型蒙特卡羅模擬的結論說(shuō)明，J3/｜J1｜只改變系統的補償溫度TC，并不改變其轉變溫度TN。子晶格B的磁晶各向異性作用D2/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩定性的作用。補償溫度隨外磁場(chǎng)的增加而增加，直到補償點(diǎn)與相變點(diǎn)重合，只有在h/｜J1｜很小的區域，補償點(diǎn)才可能存在。Ising模型蒙特卡羅模擬的結論指出，有外場(chǎng)時(shí)，系統存在一級相變，而本文采用格林函數方法處理海森堡系統并沒(méi)有發(fā)現這一相變。
