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飞速发展的高新技术促使新的和高性能的磁性材料不断出现。其中Fe<,4>N由于其较大的饱和磁化强度,更低的矫顽力和较强的化学稳定性,被认为是制作高密度磁记录磁头的理想材料,因而受到诸多关注。
Ising模型是近代统计物理学中研究相变问题的具有代表性的简单模型,利用Ising模型深入研究材料的磁性行为,无论从基础磁性物理还是从材料科学的观点,都具有重要的学术价值。
目前针对具有Fe<,4>N结构的混自旋Ising模型晶场作用下相变规律的研究还是空白,本文采用平均场理论对晶场作用下具有Fe<,4>N结构的混自旋Ising模型的相变问题进行了较系统的理论研究,通过对在不同晶场和不同相互作用的磁化曲线的具体分析,得到了各种情况下相图,弄清了晶场和相互作用对系统一级及二级相变的影响,主要内容如下:
一、晶场值对系统一级相变、重入现象及二级相变的影响:
只有当晶场值接近基态相图中各态的临界值时,系统才会发生一级相变和重入现象;否则系统中只存在二级相变。晶场作用的增强会阻碍系统发生一级相变和重入现象,而有利于系统发生二级相变。
二、相互作用对系统一级相变、重入现象及二级相变的影响:
1、忽略Fe(Ⅱ)原子之间的相互作用时(即J<,2>|J<,1>|=0),晶场作用下的具有Fe<,4>N结构的混自旋Ising模型的相变规律:
此时系统表现出来的相变规律十分丰富,既有一级有序一无序相变、一级有序-有序相变、重入现象和二级相变,二级相变是普遍存在的。对应基态相图中斜线的两端的区域系统发生一级有序一无序相变和重入现象,而在斜线的右上方狭窄区域内主要发生一级有序一无序相变。一级有序一有序相变发生在更狭窄的晶场区域中,并且一级有序一有序相变存在的晶场区域是独立的,与二级相变所对应的晶场区域不相邻。
2、在Fe(Ⅰ)和Fe(∏)之间相互作用较强(即J<,2>/|J<,1>|<1)、Fe(∏)原子之间的相互作用较强(即J<,2>/|J<,1>|>1)、Fe(Ⅰ)和Fe(∏)之间相互作用相同(即J<,2>/|J<,1>|=1)这三种情况下具有Fe<,4>N结构的混自旋Ising模型在有限温度下所表现出的相变规律:
随着Fe(∏)原子之间的相互作用的逐渐增强,对应基态相图斜线右端发生重入现象的区域转变成重入现象和一级有序一无序相变共存的区域,最后转变成在此区域中只发生一级有序一无序相变;对应基态相图斜线左端区域,系统则始终发生重入现象。Fe(∏)原子之间的相互作用增强还会扩大系统发生一级相变和重入现象的晶场范围和温度范围。
三、经由理论推导可知,将具有Fe<,4>N结构的混自旋Ising模型看作由四子格构成的Ising模型和由双子格构成的Ising模型是等价的。