Проект: MCSSN

30.08.2012
 
Свіжий випуск

 

Монте-Карло моделювання двовимірних граток з геометрією типу «Shastry-Sutherland Lattice»» в рамках класичної моделі Гейзенберга.

 

Організація виконавець: Відділ теоретичної фізики Фізико-технічного інституту низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України.

Керівник:

Славін В.В. доктор фіз.-мат. наук, провідний науковий співробітник ФТІНТ НАН України

e-mail: slavin@ilt.kharkov.ua

Виконавці:

Славін В.В. - доктор фіз.-мат. наук, провідний науковий співробітник ФТІНТ НАН України

Білоус Л.Ф. – канд. фіз.-мат. наук, керівник сектора грід-технологій ФТІНТ НАН України

Кривчіков О.О. – аспірант ФТІНТ НАН України

Віртуальна організація проекту: ung.seed

Термін виконання проекту: 2012 — 2014р.

 

Мета проекту: вивчення магнітних властивостей двовимірних сполук з магнітною структурою типу «Shastry-Sutherland Lattice» в рамках класичної моделі Гейзенберга. Побудова фазової діаграми станів у широкому діапазоні параметрів.

 

Стан проблеми

Останнім часом спостерігається великий спалах інтересу до вивчення фізичних властивостей низьковимірних сполук з магнітною структурою типу «Shastry-Sutherland Lattice». Існує велика кількість теоретичних та експериментальних, фундаментальних та прикладних робот, присвячених цій темі [1]. Значною мірою ця цікавість побуджена сукупністю незвичайних магнітних властивостей, які демонструють різні сполуки з даною структурою, що робить їх вельми привабливими першим чином для створення швидко-працюючих енергонезалежних складових пам’яті для  сучасних комп’ютерів та інших обчислювальних систем.

 

Наукова новизна і передумови виконання

Раніше було експериментально виявлено, що магнітні сполуки зі структурою типу «Shastry-Sutherland Lattice» демонструють цілу сукупність незвичайних властивостей. Наприклад, залежність намагніченості M від зовнішнього поля являє собою послідовність плато. Значення намагніченості , що відповідає  цим плато, добре описується послідовністю раціональних чисел (1/8, 1/4, 1/3, 1/2) [1-10]. Природа такого незвичайного явища досі не вивчена. Метою цих досліджень є всебічне вивчення даних систем за допомогою метода Монте-Карло, в рамках класичної моделі Гейзенберга. З цією метою було розроблено обчислювальний пакет (MCSSN). В пакеті було реалізовано т.зв. «heatbath» метод, що дозволяє істотно збільшити ефективність алгоритму комп’ютерного моделювання в області низьких температур, де специфічні особливості магнетиків з такою структурою проявляються найбільш яскраво. Такий підхід має велику ступінь універсальності, що дозволяє досліджувати такі характеристики, як намагніченість та внутрішня енергія системи при різних значеннях температури та зовнішнього магнітного поля, а також при довільних значеннях інтегралів обміну, одноіонної та обмінної анізотропії та орієнтації зовнішнього поля. Паралельність обчислення реалізується завдяки MPI протоколу. Окрім Монте-Карло моделювання реалізована можливість пошуку конфігурацій, що відповідають мінімуму внутрішньої енергії. Аналіз властивостей таких конфігурацій являється надзвичайно важливим при вивченні структури основного стану даних магнітних сполук. Наші попередні дослідження виявили, що наявність навіть малої обмінної анізотропії типу «легка вісь» призводить до утворення плато намагніченості, що відповідає M=1/3 [12] (див.Мал.1).

Очікувані результати

Планується вивчення впливу одноіонної анізотропії на магнітні властивості даних систем. Попередні оцінки вказують на те, що наявність істотної одноіонної анізотропії може призвести до появи цілої сукупності плато в залежності намагніченості від магнітного поля. Окрім того, за допомогою пакету 3D візуалізації результатів планується вивчення структури основного стану та, як наслідок, побудова фазової діаграми у широкому діапазоні параметрів. 

 

 

Мал. 1. Залежність намагніченості M від зовнішнього магнітного поля H для систем розміром 24×24 та 48x48.

 

Публікації

  1.     B. S. Shastry and B. Sutherland, Physica B and C108, 1069 (1981).
  2.     M. Moliner, D.C. Cabra, A. Honecker, P. Pujol, and F. Stauffer, Phys. Rev. B79, 144401 (2009).
  3.     S. Miyahara and K. Ueda, Phys. Rev. Lett. 82, 3701 (1999).
  4.     S. Miyahara and K. Ueda, Phys. Rev. B61, 3417 (2000).
  5.     J.Y. Kim, B.K. Cho, and S.H. Han, J. Appl. Phys. 105, 07E116 (2009).
  6.     F. Iga, A. Shigekawa, Y. Hasegawa, S. Michimura, T. Taka Yamamoto, M. Hagiwara, and K. Kindo, J. Magn. Magn. Mater. 310, e443 (2007).
  7.     S. Michimura, A. Shigekawa, F. Iga, M. Sera, T. Takabatake, K. Ohoyama, and Y. Okabe, Physica B596, 378 (2006).
  8.     S. Yoshii, T. Yamamoto, M. Hagiwara, A. Shigekawa, S. Michimura, F. Iga, K. Takabatake, and K. Kindo, J. Phys.:Conf. Series 51, 59 (2006).
  9.     S. Yoshii, T. Yamamoto, M. Hagiwara, T. Takeuchi, A. Shigekawa, S. Michimura, F. Iga, T. Takabatake, and K. Kindo, J.Magn. Magn. Mater. 310, 1282 (2007).
  10.      M.-C. Chang and M.-F. Yang, Phys. Rev. B79, 104411 (2009).
  11.      H. Kageyama, K. Yoshimura, R. Stern, N.V. Mushnikov, K. Onizuka, M. Kato, and K. Kosuge, Phys. Rev. Lett. 82, 3168 (1999).
  12.      V. V. Slavin, A. A. Krivchikov, Fizika Nizkikh Temperatur, т.37, N.12, c.1264 (2011).