Низкотемпературный антиферромагнетизм в модели Изинга с конкурирующими взаимодействиями

Авторы

  • Кирилл Борисович Циберкин (Kirill Tsiberkin) Пермский государственный национальный исследовательский университет http://orcid.org/0000-0002-8725-7743

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-2-64-71

Ключевые слова:

модель Изинга, РККИ взаимодействие, магнитные фазовые переходы

Аннотация

Выполнено исследование равновесных состояний и спиновых конфигураций модели Изинга на квадратной решётке с учётом конкурирующих взаимодействий в двух координационных сферах. Наиболее подробно расссмотрен случай с ферромагнитным взаимодействием ближайших соседей (по вертикали и горизонтали) и антиферромагнитным – во второй координационной сфере (ближайшие диагональные узлы решётки). Численное моделирование, выполненное на основе алгоритма Метрополиса для решётки 128×128 узлов с периодическими граничными условиями, показывает, что при низких температурах помимо состояния насыщения благодаря антиферромагнитному взаимодействию возможна реализация метастабильного состояния с разбиением системы на отдельные домены с противоположной ориентацией спинов. Размер доменов увеличивается с ростом температуры до тех пор, пока они не охватывают всю область моделирования. Антиферромагнитное взаимодействие во втором порядке также приводит к снижению температуры Кюри материала. В результате при достаточно большой интенсивности этого вклада система переходит из состояния с разбиением на домены сразу в неупорядоченное ферромагнитное состояние – насыщение при этом не реализуется. Для системы с антиферромагнитным взаимодействием в первой координационной сфере дополнительная промежуточная фаза не выявляется, и наблюдается только изменение температуры Нееля.

Биография автора

Кирилл Борисович Циберкин (Kirill Tsiberkin), Пермский государственный национальный исследовательский университет

кандидат физико-математических наук, без звания кафедра теоретической физики, доцент

Библиографические ссылки

Hirohata A., Yamada K., Nakatani Yo., Prejbeanu I.-L., Dieny B., Pirro P., Hillebrands B. Review on spintronics: Principles and device applications. J. Magn. Magn. Mater., 2020, vol. 509, 166711. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.166711

Dietl T., Ohno H. Dilute ferromagnetic semiconductors: Physics and spintronic structures. Rev. Mod. Phys., 2014, vol. 86, pp. 187–251. DOI: 10.1103/RevModPhys.86.187

McCoy B. M., Wu T. T. The 2D Ising model. Mineola, USA: Dover, 2014, 480 p.

Baxter M. Exactly solvable models in statistical mechanics. Dover: Mineola, USA: Dover, 2008, 512 p.

Villain J., Bak P. Two-dimensional Ising model with competing interactions: floating phase, walls and dislocations. J. Phys. France, 1981, vol. 42, no. 5, pp. 657–668. DOI: 10.1051/jphys:01981004205065700

da Silva C. R., Countinho S. Ising model on the Bethe lattice with competing interactions up to the third-nearest-neighbor interaction. Phys. Rev. B., 1986, vol. 34, no. 11, pp. 7975–7985. DOI: 10.1103/PhysRevB.34.7975

Selke W. The ANNNI model – Theoretical analysis and experimental application. Phys. Rep., 1988, vol. 170 (4), pp. 213–264. DOI: 10.1016/0370-1573(88)90140-8

Andrade R. F. S., Salinas S. R. Diluted Ising model with competing interactions. Phys. A., 1999, vol. 270, no. 3–4, pp. 342–352.

DOI: 10.1016/S0378-4371(99)00158-2

Chitov G. Y., Gros C. Ordering in two-dimensional Ising models with competing interactions. Low Temp. Phys., 2005, vol. 31, no. 8–9, pp. 722–734. DOI: 10.1063/1.2008132

White R. M. Quantum theory of magnetism. Berlin: Springer, 2007, 362 p.

Kogan E. RKKY interaction in gapped or doped graphene. Graphene, 2013, vol. 2, no. 1, pp. 8–12. DOI: 10.4236/graphene.2013.21002

Rudenko A. N., Keil F. J., Katsnelson M. I., Lichtenstein A. I. Exchange interactions and frustrated magnetism in single-side hydrogenated and fluorinated graphene. Phys. Rev. B., 2013, vol. 88, 081405(R). DOI: 10.1103/PhysRevB.88.081405

Zare M. RKKY interaction in biased single-layer silicone. Phys. Rev. B., 2019, vol. 100, 085434. DOI: 10.1103/PhysRevB.100.085434

Newman M. E. J., Barkema G. T. Monte Carlo methods in statistical physics. Oxford, UK: Clarendon Press, 1999, 496 p.

Chikazumi S. Physics of Ferromagnetism. Oxford, UK: Oxford University Press, 2009, 668 p.

Загрузки

Опубликован

2021-06-28

Как цитировать

Циберкин (Kirill Tsiberkin) К. Б. (2021). Низкотемпературный антиферромагнетизм в модели Изинга с конкурирующими взаимодействиями. Вестник Пермского университета. Физика, (2). https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-2-64-71

Выпуск

Раздел

Статьи (Regular articles)

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)