Uporzadkowanie magnetyczne w niskowymiarowym magnetyku ... · precesja muonu: ωL = γ µ|B| gdzie...

Preview:

Citation preview

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

Uporzadkowanie magnetyczne wniskowymiarowym magnetyku molekularnym

(tetrenH5)0.8Cu4[W(CN)8]4 · 7.2H2O

T. Wasiutynski

Instytut Fizyki Jadrowej PAN

15 czerwca 2007

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

Zespół:

M. Bałanda, R. Pełka, P. M. Zielinski — IFJ PANB. Sieklucka, R. Podgajny, T. Korzeniak — Wydz. ChemiiUJM. Rams — IF UJCz. Kapusta et al WFTiIS AGH

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

magnetyki organiczne Tc ∼ 14 Kmagnetyki molekularne w temperaturze pokojowejmagnetyzm indukowany swiatłemnanomagnesy (SINGLE MOLECULE MAGNETS)rozbudowana architektura. . .

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

N N N N N

N N N N

N N N

tetren

tren

dien

Cmc21a=7.3707 b=31.725 c=7.017 Cu(II) s= 1

2 W(V) s= 12

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

b

a

C

CA

A B

B

a

c

(a) (b)

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

podatnosc magnetyczna

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

χ’ c

m3 /m

ol

temperature [K]

5 Hz140 Hz625 Hz

2000 Hz

0

50

100

150

200

250

300

350

400

20 25 30 35 40 45 50

χ M c

m3 /m

oltemperature [K]

10 Oe25 Oe50 Oe

250 Oe

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

namagnesowanie

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30 40 50

mag

netiz

atio

n [µ

B]

temperature [K]

H || acH || b

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40 50 60

mag

netiz

atio

n ra

tio

temperature[K]

⇐= chłodzenie w polu 2 kOeduza anizotropiamagnetycznałatwa płaszczyznamagnetyczna acrózne tempo wzrostunamagnesowania

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

namagnesowanie T = 4.2 K

H ‖ ac

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-300 -200 -100 0 100 200 300

mag

netiz

atio

n[µ B

]

magnetic field[Oe]

H ‖ b

-2

-1

0

1

2

-5000 0 5000m

agne

tizat

ion[

µ B]

magnetic field[Oe]

-0.1

0

0.1

-300 0 300

spin flop dla H ≈ 50 Oe

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

ciepło własciwe

H ‖ b

0

5

10

15

20

25

30

35

40

26 28 30 32 34 36 38 40

mag

netic

spe

cific

hea

t [J/

mol

K]

temperature [K]

H = 0 TH = 1 TH = 2 TH = 3 TH = 4 TH = 5 T

∆S = 7.1± 1.5 J/K molgdy:∆Smax = 8R log(2s + 1)= 46.1 J/K mol

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionówzachowanie krytyczne

skalowanie podatnosciW poblizu przejscia fazowego II rodzaju długosc korelacji ma osobliwosc:

ξ(T ) ∼ (T/Tc − 1)−ν

Mozna badac osobliwosc innych wielkosci gdy wiemy jak skaluja sie one z ξ(T ).Souletie (2000) zaproponował skalowanie χT zamiast χ:

χ ∼ (T/Tc − 1)−γ → χT = C(1− Tc/T )−γ

gdzie γ = (2d ′ − d)ν. Pochodna logarytmiczna pozwala znalezc parametry:

d log T/d log(χT ) = −(T − Tc)/(γTc)

-1

-0.5

0

0.5

1

0 20 40 60 80 100

dlog

T/d

log(

χT)

temperature [K]

H || acH || b

model γIsing d=2 7/4Ising d=3 1.239Heisenberg d=3 1.36mf 1sferyczny 2

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Rutherford Laboratory

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

ISIS

wiazka impulsowa 50 Hz Iav = 180µA

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

aparaty

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Implantacja µ+

Tylko oddziaływania kulombowskie, spin zachowany

jonizacja atomów

rozpraszanie na elektronach

formowanie i rozpad

muonium

rozpraszanie muonium

na atomach

rozpad muonium na

swobodny muon

powierzchnia 4 – 100 MeV

produkcja muonów µ+

�t � 10-9 s 2 – 30 keV

�t � 10-13 s 50 eV

�t � 10-12 s termiczny1-3 mm

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Implantacja µ+

Tylko oddziaływania kulombowskie, spin zachowany

jonizacja atomów

rozpraszanie na elektronach

formowanie i rozpad

muonium

rozpraszanie muonium

na atomach

rozpad muonium na

swobodny muon

powierzchnia 4 – 100 MeV

produkcja muonów µ+

�t � 10-9 s 2 – 30 keV

�t � 10-13 s 50 eV

�t � 10-12 s termiczny1-3 mm

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Rozpad µ+

Rozpad µ+ → e+ + νe + νµτ1/2 = 2.19714 µsecnie jest izotropowy:W (θ) = 1+a cos(θ) a ≈ 0.3

definiujemy:A(t) = NB(t)−NF (t)

NB(t)+NF (t)

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 5 10 15 20

asym

met

ry

time [µsec]

precesja muonu: ωL = γµ|B|gdzie γµ = 2π×135.5 MHz/Teslarelaksacja: ∼ e−t/τ

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Rozpad µ+

Rozpad µ+ → e+ + νe + νµτ1/2 = 2.19714 µsecnie jest izotropowy:W (θ) = 1+a cos(θ) a ≈ 0.3

definiujemy:A(t) = NB(t)−NF (t)

NB(t)+NF (t)

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 5 10 15 20

asym

met

ry

time [µsec]

precesja muonu: ωL = γµ|B|gdzie γµ = 2π×135.5 MHz/Teslarelaksacja: ∼ e−t/τ

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Rozpad µ+

Rozpad µ+ → e+ + νe + νµτ1/2 = 2.19714 µsecnie jest izotropowy:W (θ) = 1+a cos(θ) a ≈ 0.3

definiujemy:A(t) = NB(t)−NF (t)

NB(t)+NF (t)

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 5 10 15 20as

ymm

etry

time [µsec]

precesja muonu: ωL = γµ|B|gdzie γµ = 2π×135.5 MHz/Teslarelaksacja: ∼ e−t/τ

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Rozpad µ+

Rozpad µ+ → e+ + νe + νµτ1/2 = 2.19714 µsecnie jest izotropowy:W (θ) = 1+a cos(θ) a ≈ 0.3

definiujemy:A(t) = NB(t)−NF (t)

NB(t)+NF (t)

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 5 10 15 20as

ymm

etry

time [µsec]

precesja muonu: ωL = γµ|B|gdzie γµ = 2π×135.5 MHz/Teslarelaksacja: ∼ e−t/τ

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Relaksacja statyczna

Lokalne pole odpowiedzialne za precesje spinu wynika z oddziaływan dipolowych z

otaczajacymi je spinami jadrowymi i elektronowymi.

Gaussowski rozkład pola (słabe magnetyki lub szkła):

PG(Bi) =1√

2π∆exp(−B2

i /2∆2) (i = x , y , z)

Rozkład Lorentza (układy z domieszkami magnetycznymi):

PL(Bi) =1π

ΛΛ2 + B2

i(i = x , y , z)

funkcja relaksacji muonu dana jest przez srednia sz(t):

Gz(t) =∫

sz(t)P(~B)d3~B

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

relaksacja dynamiczna

Dla przypadku rozkładu gaussowskiego otrzymujemy(Kubo-Toyabe):

GGz (t) =

13+

23(1− γ2

µ∆2t2)exp(−γ2

µ∆2t2/2)

0

0.3

0.6

0.9

1.2

0 2 4 6 8 10

asym

met

ry

t/∆

w przypadku polajednorodnego:Gz(t) = 1

3 −23 cos(γµ|B|t)

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

Plan

1 Motywacja

2 Badania magnetycznezachowanie krytyczne

3 implantacja mionówISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

wyniki

w niskich temperaturach: w poblizu przejscia fazowego:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5

asym

met

ry

time [µsec]

2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22

0 1 2 3 4 5

asym

met

ry

time [µsec]

T=32.4 KT=32.7 KT=32.9 KT=33.1 K

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

precesja w zerowym polu

0 5 10 15 20 25 30 350

20

40

60

80

100

120

140

B int [

G]

T [K]

B(T) = Bi (1- TTN)β

β = 0.20

model βIsing d=2 1/8Ising d=3 0.326Heisenberg d=3 0.385mf 0.5sferyczny 0.5XY d=2 (0.23)

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

pole dipolowe

x = 0

c

b

x = 0.25 a

c

b

x = 0.5 a

c

b

x = 0.75 a

B= 640GB= 320GB= 160GB= 80G

c

b

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

b

a

C

CA

A B

B

a

c

(a) (b)

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

relaksacja

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

λ [µ

sec-1

]

temperature [K]

H = 0H = 30 Oe

A(t) = A0e−λt

dla t > 5 µ secwyrazna osobliwosc λw TN

spowolnienierelaksacji w słabympolu podłuznym

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

spin flop w polu podłuznym

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

MotywacjaBadania magnetyczne

implantacja mionów

ISISimplantacja mionówfunkcje korelacjiwyniki

T. Wasiutynski Cu—W(CN)8

Recommended