Оглавление
Введение ................................................................................................................... 7
1 Орбитальная структура и сверхобменное взаимодействие в перовскитных
манганитах ............................................................................................... 21
1.1 Высокосимметричные структуры перовскитоподобных кристаллов ...... 23
1.2 Электронное строение подрешетки d-ионов в неискаженных фазах ........ 25
1.3 Низкосимметричные фазы и орбитальная структура .................................. 27
1.4 Зарядовая структура ........................................................................................ 39
1.5 Изотропное обменное взаимодействие в зависимости от орбитального
состояния .......................................................................................................... 41
1.5.1 Обзор моделей обменного взаимодействия в кристаллах ....................... 41
1.5.2 Модель сверхобменного взаимодействия для диэлектрических
манганитов ................................................................................................... 45
1.6 Анизотропные обменные взаимодействия ................................................... 52
1.7 Орбитальная зависимость одноионной анизотропии для ионов Mn3+ в
октаэдрическом окружении ............................................................................ 54
1.8 Орбитальная зависимость зеемановского взаимодействия для ионов Mn3+
в октаэдрическом окружении ......................................................................... 55
Выводы главы 1 ..................................................................................................... 57
2 Описание магнитной структуры и спектров магнитных возбуждений
многоподрешеточных магнетиков ........................................................ 59
2.1 Классификация магнитных структур по волновым векторам ................... 59
2.2 Гамильтониан магнитной подсистемы ......................................................... 62
2.3 Приближение молекулярного поля ............................................................... 63
2.4 Приближение спиновых волн ........................................................................ 68
2.5 Проблемы определения частот многоподрешеточного магнетика ........... 73
Выводы главы 2 ..................................................................................................... 75
3
3 Сверхобменное взаимодействие в кристаллах с подрешеткой Mn3+.
Редкоземельные манганиты RMnO3 ...................................................... 76
3.1 Кристаллическая и орбитальная структуры RMnO3 .................................... 80
3.1.1 Кристаллическая и орбитальная структуры орторомбических
редкоземельных манганитов ..................................................................... 80
3.1.2 Кристаллическая и орбитальная структура BiMnO3 ................................ 85
3.2 Обменное взаимодействие и одноионная анизотропия в RMnO3 .............. 92
3.2.1 Обменное взаимодействие и одноионная анизотропия в
орторомбических редкоземельных манганитах ...................................... 92
3.2.2 Обменное взаимодействие и одноионная анизотропия в BiMnO3 ......... 96
3.3 Магнитная структуры манганитов RMnO3 ................................................... 98
3.3.1 Магнитная структура редкоземельных орторомбических манганитов на
примере LaMnO3 ......................................................................................... 98
3.3.2 Магнитная структура моноклинного BiMnO3 ......................................... 102
3.3.3 Влияние внешнего магнитного поля на магнитную структуру LaMnO3.
.................................................................................................................... 108
3.4 Расчет дисперсионных и полевых зависимостей спектров спиновых волн
в RMnO3 .......................................................................................................... 111
3.4.1 Дисперсионная зависимость спектра спиновых волн LaMnO3 ............. 111
3.4.2 Полевая зависимость нижних ветвей спектра антиферромагнитного
резонанса в LaMnO3 ................................................................................. 114
3.4.3 Угловая зависимость нижних ветвей спектра антиферромагнитного
резонанса в LaMnO3 ................................................................................. 115
3.4.4 Влияние редкоземельной подрешетки на спектры магнитных
возбуждений в орторомбической фазе RMnO3 ...................................... 116
3.4.5 Спектры магнитных возбуждений в BiMnO3 ......................................... 119
3.5 Влияние температуры на магнитную структуру и спектры
антиферромагнитного резонанса LaMnO3 .................................................. 122
3.6 Влияние давления на магнитную подсистему LaMnO3 ............................ 125
4
3.7 Влияние замещения Mn3+ немагнитным ионом Ga3+ в LaMnO3 ............. 131
Выводы главы 3 ................................................................................................... 138
4 Сверхобменное взаимодействие в кристаллах с чередующимися
подрешетками ионов Mn3+ и Mn4+. Зарядово-упорядоченные
манганиты с половинным допированием ........................................... 140
4.1 Кристаллическая, зарядовая и орбитальная структуры в зарядово-
упорядоченной фазе ...................................................................................... 143
4.1.1 Орбитальная структура зарядово-упорядоченных кристаллов
R0,5A0,5MnO3 ............................................................................................... 144
4.1.2 Орбитальная структура слоистых манганитов R0,5A1,5MnO4, RA2Mn2O7
.................................................................................................................... 150
4.1.3 Предполагаемая орбитальная структура Bi1/2(Ca, Sr)1/2MnO3 ............... 151
4.1.3 Механизм формирования зигзагообразной орбитальной структуры при
«шахматном» упорядочении дырок ........................................................ 154
4.2 Обменное взаимодействие в зарядово-упорядоченной фазе, одноионная
анизотропия .................................................................................................... 155
4.3 Зигзагообразная магнитная структура зарядово-упорядоченных
манганитов ..................................................................................................... 158
4.3.1 Магнитная структура зарядово-упорядоченных кристаллов R0,5A0,5MnO3
.................................................................................................................... 158
4.3.2 Магнитная структура Bi1/2(Ca, Sr)1/2MnO3 ............................................... 169
4.3.3 Формирование магнитной структуры половинно-допированных
манганитов ................................................................................................. 170
4.4. Расчет дисперсионных и полевых зависимостей спектров спиновых волн
в зарядово-упорядоченной фазе ................................................................... 171
4.4.1 Дисперсионные зависимости спиновых волн для зарядово-
упорядоченных манганитов с половинным допированием ................. 171
4.4.2 Влияние редкоземельно-щелочноземельной подрешетки на спектры
возбуждений в зарядово-упорядоченной фазе ..................................... 178
5
4.4.3 Влияние внешнего магнитного поля на магнитную структуру и спектр
антиферромагнитного резонанса в зарядово-упорядоченной фазе ..... 179
Выводы главы 4 ................................................................................................... 188
5 Сверхобменное взаимодействие в кристаллах с подрешетками ионов Mn3+ и
Mn4+, упорядоченными по типу вигнеровского кристалла. Магнитная
фрустрация в зарядово-упорядоченных манганитах с высокой
концентрацией Mn4+ ............................................................................. 190
5.1 Кристаллическая, зарядовая и орбитальная структуры в зарядово-
упорядоченной фазе вигнеровского кристалла .......................................... 193
5.1.1 Кристаллическая, зарядовая и орбитальная структуры La1/3Ca2/3MnO3 193
5.1.2 Кристаллическая, зарядовая и орбитальная структуры La1/4Ca3/4MnO3 196
5.1.3 Кристаллическая, зарядовая и орбитальная структуры Bi1/5Ca4/5MnO3 200
5.2 Обменное взаимодействие и тримерно-страйповая фрустрированная
магнитная структура ..................................................................................... 204
5.2.1 Магнитная структура La1/3Ca2/3MnO3 ....................................................... 207
5.2.2 Магнитная структура La1/4Ca3/4MnO3 ....................................................... 211
5.2.3 Магнитная структура Bi1/5Ca4/5MnO3 ....................................................... 215
5.3 Расчет дисперсионных и полевых зависимостей спектров спиновых волн
......................................................................................................................... 221
Выводы главы 5 ................................................................................................... 226
Заключение .......................................................................................................... 228
Приложение 1 Определение параметров зависимости сверхобменного
взаимодействия от орбитального состояния пары ионов марганца в
октаэдрическом кислородном окружении .......................................... 232
П1.1 Оценка параметров сверхобменной связи для пары Mn3+–Mn3+ в
кислородном окружении ............................................................................... 232
П1.2 Оценка параметров сверхобменной связи для пары Mn4+–Mn4+ в
кислородном окружении ............................................................................... 233
6
П1.3 Оценка параметров сверхобменной связи для пары Mn3+–Mn4+ в
кислородном окружении ............................................................................... 234
Приложение 2 Определение постоянной P одноионной анизотропии для
трехвалентного иона марганца в кислородном октаэдрическом
окружении .............................................................................................. 236
Список публикаций по теме диссертации ........................................................ 238
Список цитированной литературы .................................................................... 242
