Взаимодействия, магнитные структуры и свойства 3d- и 4f- магнетиков

1. Векторная модель для свободных 3d и 4f ионов. Кулоновское, спин-орбитальное, сверхтонкое взаимодействия. Зеемановское взаимодействие, фактор Ланде. Основное состояние и правила Хунда для свободных 3d и 4f ионов.
2. Иерархия взаимодействий для магнитных 3d и 4f ионов в кристаллах. Приближение сильного, промежуточного и слабого кристаллического поля. Обменное, диполь-дипольное, магнитоупругое взаимодействия. Приближение эффективного поля для ферро- и антиферромагнетиков.
3. Промежуточное кристаллическое поле для 3d магнитных ионов, замораживание орбитального момента. 3d ионы в кубическом кристаллическом поле и модификация электронной структуры (спектр и волновые функции) при понижении симметрии до тетрагональной и ромбоэдрической.
4. Сильное кристаллическое поле для 3d и 4d магнитных ионов, замораживание спинового момента. Метод псевдоспинового формализма.
5. Приближение слабого кристаллического поля для 4f ионов. Метод эквивалентных операторов для основного мультиплета и метод тензорных операторов для учета примешивания возбужденных мультиплетов.
6. Операторы Стевенса и параметры Стевенса. Гамильтонианы кристаллического поля различной симметрии; экспериментальные методы определения параметров кристаллического поля. Теоретические модели кристаллического поля.
7. Симметрийное и случайное вырождение в спектре 4f- магнитного иона в кристаллическом поле и снятие вырождения при понижении симметрии. Эффект Яна — Теллера для 3d и 4f ионов в различных кристаллических структурах. Пример точного решения для 4f иона в кубическом кристаллическом поле
8. Полный гамильтониан 4f магнетика и различные подходы к определению собственных значений и собственных векторов гамильтониана взаимодействия. Приближение теории возмущения и обобщенные начальные восприимчивости. Численные методы для определения электронной структуры. Вырождение состояний для крамерсовских и некрамерсовских ионов.
9. Свободная энергия (потенциал Гиббса), статсумма и расчеты различных термодинамических свойств 3d- и 4f магнетиков. Магнитная восприимчивость, формула ван Флека. Магнитная восприимчивость кубического кристалла. Анизотропия магнитной восприимчивости при высоких и низких температурах для одноосных кристаллов.
10. Эффект Зеемана для 4f ионов в кристаллическом поле различной симметрии. Снятие вырождения в магнитном поле. Зависимость эффекта Зеемана от ориентации поля в кристалле; фактор спектроскопического расщепления. Пересечение уровней (кроссовер) для 4f ионов в кристаллах различной симметрии.
11. Намагниченность в кристаллах тетрагональной и кубической симметрии. Крамерсовские и некрамерсовские ионы, изинговские ионы, ванфлековские ионы. Анизотропия намагниченности в кристалле и отклонение магнитного момента от направления поля для произвольной ориентации поля. Аномалии намагниченности при кроссовере.
12. Магнитная энергия, магнитная энтропия и магнитная теплоемкость (аномалии Шоттки) в отсутствии и при наличии поля. Исследование характеристик основного состояния иона с помощью магнитной теплоемкости в поле.
13. Квадрупольные и мультипольные моменты 4f ионов. Симметризованные деформации и симметриизованные упругие константы.
14. Спонтанные и индуцированные квадрупольные эффекты в 4f парамагнетиках. Магнитострикция и магнитоупругие аномалии теплового расширения и упругих констант.
15. Магнитное упорядочение в кристаллах: необходимые условия возникновения и фазовая диаграмма. Ионы с магнитным и немагнитным основным состоянием. Связь ориентации магнитного момента с магнитной анизотропией. Влияние внешнего магнитного поля на магнитное упорядочение в ферромагнетике и двухподрешеточном антиферромагнетике.
16. Антиферромагнетики. Магнитная структура антиферромагнетиков. Антиферромагнетики в приближении молекулярного поля. Восприимчивость антиферромагнетиков. Антиферромагнетики в сильных магнитных полях.
17. Специальные классы антиферромагнитных структур. Слоистые антиферромагнитные структуры. Метамагнетики. Неколлинеарные антиферромагнитные структуры. Одномерные и двумерные антиферромагнетики.
18. Слабый ферромагнетизм антиферромагнетиков. Симметрийный подход к проблеме слабого ферромагнетизма (на примере ромбоэдрических антиферромагнетиков). Теория фазовых переходов второго рода Ландау. Термодинамическая теория слабого ферромагнетизма. Слабые ферромагнетики в магнитном поле. Природа слабого ферромагнитного взаимодействия.
19. Доменная структура антиферромагнетиков. Физические причины возникновения доменов в антиферромагнетиках. Виды доменов.
20. Магнитоупругие свойства антиферромагнетиков. Пьезомагнетизм. Линейная магнитострикция. Аномалии модулей упругости. Магнитоэлектрический эффект.
21. Ферримагнетизм. Теория ферримагнетизма Нееля. Восприимчивость ферримагнетиков. Различные виды температурных зависимостей намагниченности. Модель Яфета — Киттеля. Треугольное упорядочение. Ферримагнетики в сильных полях. Индуцированные полем неколлинеарные магнитные структуры.
22. Фазовые переходы типа спиновой переориентации. Спиновая переориентация с точки зрения фазовых переходов Ландау. Магнитные фазовые диаграммы. Спин-переориентационная фазовая диаграмма одноосного магнетика в нулевом поле. Спиновая переориентация в одноосном магнетике во внешнем поле. Переходы в антиферромагнетике с анизотропией. Аномалии физических свойств при спин-переориентационных переходах.
23. Неупорядоченные магнетики

Основная

1. А. К. Звездин, В. М. Матвеев, А. А. Мухин, А. И. Попов. Редкоземельные ионы в магнитоупорядоченных кристаллах. M.: Наука, 1985.
2. К. Тейлор, М. Дарби. Физика редкоземельных соединений. М.: «Мир», 1974.
3. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев. Электронный парамагнитный резонанс. М.: Наука, 1972.
4. Г. С. Кринчик. Физика магнитных явлений. М.: МГУ, 1976.
5. С. Крупичка. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов. М.: «Мир», 1976.
6. А. С. Боровик-Романов Лекции по низкотемпературному магнетизму. М.: ИФП им. П.Л. Капицы РАН. 2010.
7. К. П. Белов. Ферриты в сильных полях. М.: Наука. 1972.
8. К. П. Белов, А. К. Звездин, А. М. Кадомцева, Р. З. Левитин. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. М.: Наука. 1979.
9. К. М. Херд, Многообразие видов магнитного упорядочения в твердых телах // УФН 142, 331 (1984).
10. С. А. Никитин. Магнитные свойства редкоземельных металлов и их сплавов. М.: Изд. МГУ. 1989.
11. И. К. Камилов, Х. К. Алиев. Статические кристаллические явления в магнитоупорядоченных кристаллах. Махачкала: Изд. ДНЦ РАН. 1993.
12. Г.А. Петраковский, Аморфные магнетики // УФН 134 305 (1981).
13. С. В. Вонсовский. Магнетизм. М.: Наука. 1971.
14. Дж. Смарт. Эффективное поле в теории магнетизма. М.: «Мир». 1968.

Дополнительная

1. Р. Уайт. Квантовая теория магнетизма. М.: «Мир». 1985.
2. M.T. Hutchings, Point-charge calculations of energy levels of magnetic ions in crystalline electric fields // Solid State Phys. 16, 227 (1964).
3. H. Moriya, H. Tsuchiura, A. Sakuma, First principles calculation of crystal field parameter near surfaces of Nd2Fe14B // J. Appl. Phys. 105, 07A740, (2009).
4. S. Jandl, A.A. Mukhin, V.Y. Ivanov et al., Raman-active phonons and Nd3+ crystal-field studies of weakly doped Nd1–xSrxMnO3 // Phys. Rev.B 72, 024423 (2005).
5. R.S. Puche, E. Climent, J. Romero de Paz et al., Crystal field splitting and magnetic behavior of Nd2BaCuO5 single crystals // Phys. Rev. B 71, 024403 (2005).
6. Н. П. Колмакова, С. А. Колоногий, Р. З. Левитин, М. Ю. Некрасова, Индуцированные полем магнитные фазовые переходы в модели Яфета — Киттеля // ФТТ 41, 1797 (1999).
7. S. A. Granovsky, I. Yu. Gaidukova, M. Loewenhaupt, M. Doerr, A. S. Markosyan, C. Ritter, The magnetic structures and the magnetic phase diagram of the TbMn2(Ge,Si)2 // Physica B 391, 79 (2007).
8. S. A. Granovsky, A. Kreyssing, M. Doerr, C. Ritter, E. Dudzik, R. Feyerherm, P. C. Cafield, M Loewenhaupt, The magnetic order of GaMn2Ge2 studied by neutron diffraction and X-Ray resonant magnetic scattering // J. Phys.: Condens. Matter. 22, 226005 (2010).
9. A. V. Morozkin, Y. Mozharivskyj, V. Svitlyk, R. Nirmala A. K. Nigam, Magnetic properties of Fe2P-type Tb6FeTe2, Tb6CoTe2, Tb6NiTe2 and Er6FeTe2 compounds // Journal of Solid State Chemistry 183, 3039 (2010).
10. P. Manfrinetti, A. Provino, A. V. Morozkin, O. Isnard, Magnetic structure of the NaCl-type NdSb compound // Journal of Alloys and Compounds 487, L28 (2009).

Темы рефератов

• Критерии возникновения различных антиферромагнитных структур;
• Одноосный антиферромагнетик в сильных магнитных полях;
• Геликоидальная структура в магнитном поле;
• Модель Изинга;
• Магнитная симметрия.