К теории низкотемпературных свойств спиновых систем с магнитной анизотропией

Abstract

Рассмотрено поведение легкоосных парамагнетиков в поперечном магнитном поле в зависимости от температуры. Показано, что при низких температурах восприимчивость как функция поля обладает максимумом при всех значениях спина S. При повышении температуры от нуля этот максимум сначала не размывается, а заостряется, причем его положение меняется немонотонно. Если спин S < 3, то при некоторой температуре профиль восприимчивости становится двугорбым; для S ≥ 3 получается максимум с уплощенной вершиной. Аналогичные явления характерны и для двухосных парамагнетиков. Энергетический спектр системы совпадает с 2S + 1 низколежащпмп уровнями энергии для частицы, движущейся в потенциальном поле простого вида, которое для достаточно малых магнитных полей имеет вид двойной ямы. Это дает возможность вычислить скорость туннелирования методами квантовой механики.

Розглянуто поведінку легковісних парамагнетиків у поперечному магнітному полі в залежності від температури. Показано, що при низьких температурах сприйнятливість як функція поля має максимум при всіх значеннях спіна S. При підвищенні температури від нуля цеп максимум спочатку не розмивається, а загострюється, до того ж його положення змінюється немонотонно. Якщо спін S < 3, то при деякій температурі профіль сприйнятливості стає двогорбим; для S ≥ 3 з'являється максимум з плоскою вершиною. Аналогічні явища характери, і для двовісних парамагнетики, Енергетичний спектр системи збігається з 2S + 1 низькорозташованими рівнями енергії для частинки, яка рухається в потенціальному полі простого виду, що має для досить невеликих магнітних полів вигляд подвійної ями. Це дає можливість обчислити швидкість тунелювання методами квантової механіки.

The temperature behaviour of easy-axis paramagnets in a transverse magnetic field is considered. It is shown that for low temperature the susceptibility as a function of field features a maximum for all values of spin S. When the temperature is increased this maximum at first sharpens (is not smoothed out), its position changing nonmonotonically. If S < 3 it becomes double-humped at some temperature; for S ≥ 3 a maximum with a flat top is obtained. Similar phenomena occur also for two-axis paramagnets. The energy spectrum of the spin system coincides with 2S + 1 low-lying levels for a particle moving in the potential of a rather simple form. It represents a double well for a magnetic field small enough. It enables one to calculate tunneling rates using methods of quantum mechanics.