Magnetization and Magnetocaloric Effect in Antiferromagnets with Competing Ising Exchange and Single-Ion Anisotropies

V. M. Kalita; G. Yu. Lavanov; V. M. Loktev

doi:10.15407/ujpe65.10.858

Намагнічування і магнітокалоричний ефект в антиферомагнетику з конкуруючими ізінгівською обмінною та одноіонною анізотропіями

Автор(и)

V. M. Kalita National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Institute of Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine, Institute of Magnetism, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine
G. Yu. Lavanov National Aviation University
V. M. Loktev National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe65.10.858

Ключові слова:

фазовi переходи 1-го роду, антиферомагнетик, модель Iзiнга, легкоплощинна одноiонна анiзотропiя, магнiтокалоричний ефект

Анотація

Дослiджено намагнiчування двопiдґраткового iзiнгiвського антиферомагнетика з легкоплощинною одноiонною анiзотропiєю, яке може супроводжуватися двома фазовими перетвореннями 1-го роду. Перше, iндуковане магнiтним полем, є iзоструктурним, коли симетрiя системи не змiнюється i вiдбувається перехiд мiж двома антиферомагнiтними станами з рiзними величинами намагнiченостi пiдґраток. Друге, також iндуковане магнiтним полем, перетворення має мiсце при змiнi стану системи з антиферомагнiтного на феромагнiтний. При обох цих фазових перетвореннях поведiнка ентропiї в залежностi вiд поля мiстить два послiдовних i додатних за величиною стрибки її величини, що не є типовим для класичних антиферомагнетикiв. З iншого боку, коли температура системи перевищує трикритичну температуру iзоструктурного фазового переходу, в залежностi ентропiї вiд поля виникає неперервний максимум.

Посилання

I.S. Jacobs. Spin-flopping in MnF2 by high magnetic fields. J. Appl. Phys. 32, S61 (1961). https://doi.org/10.1063/1.2000500

I.S. Jacobs, P.E. Lawrence. Metamagnetic phase transition and hysteresis in FeCl2. Phys. Rev. 164, 866 (1967). https://doi.org/10.1103/PhysRev.164.866

J.M. Kincaid, E.G.D. Cohen. Phase diagrams of liquid helium mixtures and metamagnets: experiment and mean field theory. Phys. Rep. 22, 57 (1975). https://doi.org/10.1016/0370-1573(75)90005-8

E. Stryjewski, N. Giordano. Metamagnetism. Adv. Phys. 26, 487 (1977). https://doi.org/10.1080/00018737700101433

G.A. Candela, L.J. Swartzendruber, J.S. Miller, M.J. Rice. Metamagnetic properties of one-dimensional decamethylferrocenium 7,7,8,8-tetracyano-p-quinodimethanide (1 : 1) : [Fe(n5·C5Me5)2]+(TCNQ)−. J. Am. Chem. Soc. 101, 2755 (1979). https://doi.org/10.1021/ja00504a057

M. Roger, J.H. Hetherington, J.M. Delrieu. Magnetism in solid He3. Rev. Mod. Phys. 55, 1 (1983). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.55.1

T.T.M.Palstra,G.J.Nieuwenhuys, J.A.Mydosh,K.H.J.Buschow. Micromagnetic, ferromagnetic, and antiferromagnetic transitions in La(FexAl1−x)13 intermetallic compounds. Phys. Rev. B 31, 4622 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.31.4622

V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, Y. Tserkovnyak. Antiferromagnetic spintronics. Rev. Mod. Phys. 90, 015005 (2018). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.015005

A.S. Borovik-Romanov. Antiferromagnetism (Itogi Nauki, Izd-vo AN SSSR, 1962) (in Russian).

A.F. Lozenko, V.I. Malinovskii, S.M. Ryabchenko. High-frequency antiferromagnetic resonance in anhydrous NiCl2. Sov. Phys. JETP 33, 750 (1971).

A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko. Antiferromagnetic resonance in layered CoCl2 and NiCl2 crystals. Sov. Phys. JETP 38, 538 (1974).

A.F. Lozenko, P.E. Parkhomchuk, S.M. Ryabchenko, P.A. Trotsenko. Anomalous magnetostriction in the layered antiferromagnet MnCl2. J. Exp. Theor. Phys. 89, 1237 (1985).

V.M. Kalita, A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko. Analysis of the temperature-field dependence of the magnetostriction in the antiferromagnetic phase of the easy-plane antiferromagnet CoCl2. Low Temp. Phys. 26, 489 (2000). https://doi.org/10.1063/1.1306404

V.M. Kalita, A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko, P.A. Trotsenko. The role of defects in the formation of the multidomain state of easy-plane antiferromagnets with magnetoelastic interaction. J. Exp. Theor. Phys. 99, 1054 (2004). https://doi.org/10.1134/1.1842887

V.M. Kalita, A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko, P.A. Trotsenko. Magnetoelasticity and domain structure in antiferromagnetic crystals of the iron-group dihalides. Low Temp. Phys. 31, 794 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2008141

T. Oguchi. Theory of magnetism in CoCl2·2H2O. J. Phys. Soc. Jpn. 20, 2236 (1965). https://doi.org/10.1143/JPSJ.20.2236

K. Katsumata. Metamagnetic phase transition and anomalous hysteresis in FeCl2·2H2O. J. Phys. Soc. Jpn. 39, 42 (1975). https://doi.org/10.1143/JPSJ.39.42

J. Hirte, H. Weitzel, N. Lehner. Critical behavior and critical endpoints of FeCl2·2H2O and CoCl2·2H2O in an applied magnetic field. Phys. Rev. B 30, 6707 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.30.6707

G.C. DeFotis, B. Lee, H.A. King, J. Hammann. Magnetization and susceptibility of FeCl2·H2O. J. Magn. Magn. Mater. 177, 173 (1998). https://doi.org/10.1016/S0304-8853(97)00317-X

Y. Narumi, K. Katsumata, T. Nakamura, Y. Tanaka, S. Shimomura, T. Ishikawa, M. Yabashi. The coexistence of magnetic phases at the first-order phase transition of a metamagnet FeCl2·2H2O studied by x-ray diffraction. J. Phys. Condens. Matter 16, L57 (2004). https://doi.org/10.1088/0953-8984/16/7/L02

A.K. Zvezdin, V.M. Matveev, A.A. Mukhin, A.I. Popov. Rare-Earth Ions in Magnetically Ordered Crystsals (Nauka, 1985) (in Russian).

M.F. Collins, O.A. Petrenko. Triangular antiferromagnets. Can. J. Phys. 75, 605 (1997). https://doi.org/10.1139/p97-007

V.M. Kalita, V.M. Loktev. On the sequence of quantum (meta) magnetic transitions in Ising antiferromagnets with single-ion anisotropy. Low Temp. Phys. 31, 619 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2001647

D.P. Landau. Magnetic tricritical points in Ising antiferromagnets. Phys. Rev. Lett. 28, 449 (1972). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.28.449

W. Selke. Anomalies in Ising metamagnets. Z. Phys. B 101, 145 (1996). https://doi.org/10.1007/s002570050192

E.S. Tsuvarev, F.A. Kassan-Ogly, A.I. Proshkin. Ordering and frustrations in generalized Ising chain. J. Phys. Conf. Ser. 1389, 012008 (2019). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1389/1/012008

T. Nagamiya, K. Yosida, R. Kubo. Antiferromagnetism. Adv. Phys. 42, No. 13, 1 (1955). https://doi.org/10.1080/00018735500101154

A.R. Fert, P. Carrara, M.C. Lanusse, G. Mischler, J.P. Redoules. Transition de phase metamagnetique du bromure ferreux. J. Phys. Chem. Solids 34, 223 (1973). https://doi.org/10.1016/0022-3697(73)90080-2

V.M. Loktev, V.S. Ostrovskii. The peculiarities of statics and dynamics of magnetic insulators with single-ion anisotropy. Fiz. Nizk. Temp. 20, 983 (1994).

V.G. Baryakhtar, I.N. Vitebskii, D.A. Yablonskii. To the theory of metamagnetic phase transitions. Sov. Phys. Solid State 19, 1249 (1977).

K. Katsumata, H. Aruga Katori, S.M. Shapiro, G. Shirane. Neutron-scattering studies of a phase transition in the metamagnet FeBr2 under external magnetic fields. Phys. Rev. B 55, 11466 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.11466

G.Yu. Lavanov, V.M. Kalita, V.M. Loktev. Isostructural magnetic phase transitions and the magnetocaloric effect in Ising antiferromagnets. Low Temp. Phys. 40, 1053 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4896725

G.Y. Lavanov, V.M. Kalita, I.M. Ivanova, V.M. Loktev. Magnetic quantum phase transitions and entropy in Van Vleck magnet. J. Magn. Magn. Mater. 416, 466 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.05.017

T.I. Lyashenko, V.M. Kalita, V.M. Loktev. Effect of the exchange interaction anisotropy on the magnetic quantum phase transitions in dimerized antiferromagnets. Low Temp. Phys. 43, 1002 (2017). https://doi.org/10.1063/1.5001310

V.M. Kalita, I.M. Ivanova, V.M. Loktev. Quantum effects of magnetization of an easy-axis ferromagnet with S = 1. Theor. Math. Phys. 173, 1620 (2012). https://doi.org/10.1007/s11232-012-0136-0

Ph.N. Klevets, O.A. Kosmachev, Yu.A. Fridman. Phase transitions in S = 1 antiferromagnet with Ising-like exchange interaction and strong easy-plane single-ion anisotropy. J. Magn. Magn. Mater. 330, 91 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.10.032

O.A. Kosmachev, Y.A. Fridman, B.A. Ivanov. Phase states of a magnetic material with the spin S = 2 and the isotropic exchange interaction. JETP Lett. 105, 453 (2017). https://doi.org/10.1134/S0021364017070086

A.G. Meleshko, P.N. Klevets, G.A. Gorelikov, O.A. Kosmachev, Y.A. Fridman. Supersolid magnetic phase in the two-dimensional Ising-like antiferromagnet with strong single-ion anisotropy. Phys. Solid State 59, 1739 (2017). https://doi.org/10.1134/S1063783417090190

Downloads

Опубліковано

2020-10-09

Як цитувати

Kalita, V. M., Lavanov, G. Y., & Loktev, V. M. (2020). Намагнічування і магнітокалоричний ефект в антиферомагнетику з конкуруючими ізінгівською обмінною та одноіонною анізотропіями. Український фізичний журнал, 65(10), 858. https://doi.org/10.15407/ujpe65.10.858

Завантажити посилання

Номер

Том 65 № 10 (2020)

Розділ

Фізика магнітних явищ і фізика фероїків

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.