论文部分内容阅读
单分子磁体(SMM)作为新型的纳米尺度的基础材料,在自旋电子学、量子计算、高密度信息存储等方面有着广阔的应用前景。低温下,SMM呈现出台阶状的磁滞回线,这是一种宏观量子隧穿现象,吸引了很多研究者的关注。其定性解释一般是共振量子隧穿,而定量研究多关注其量子运动部分,因而很难考虑热效应,无法给出令人满意的与实验相符的磁化曲线。于是,在大自旋近似下,本文提出一个“经典-量子”混合模型,就是将经典的动力学蒙特卡罗方法与Landau-Zener(LZ)量子隧穿相结合,同时考虑热效应和量子隧穿导致的自旋翻转,来模拟SMM的磁化动力学过程。
本文系统地研究了二维和三维有限格子上弱相互作用以及磁偶极相互作用下的SMM体系,并分别以Mn4和Mn12为例,结合实验参数,模拟出完整的台阶状磁滞回线,其主要特征与实验结果符合得很好。考虑到实际晶体存在缺陷而我们的模型模拟的是理想情况,因而得到的磁滞回线是令人满意的。模拟结果表明,磁滞回线内面积随温度升高而减小,随扫场率增大而变大。温度远小于阻塞温度TB时,直接的LZ隧穿起主导作用；随温度升高,热辅助LZ隧穿开始起主要作用；当温度继续升高到TB附近时,台阶和磁滞都逐渐消失,表现出经典的超顺磁现象。这些都与实验结果一致。此外,我们还研究了不同格子形状和大小以及SMM间不同相互作用尤其是磁偶极相互作用对体系磁化过程的影响。三维体系中,纵向偶极场能部分破坏共振隧穿条件且展宽隧穿台阶的上升沿,横向偶极场则影响隧穿概率。当温度接近TB时,弱相互作用、偶极场、格子形状以及LZ隧穿等效应的影响都将被热效应淹没。这种动力学蒙特卡罗加上LZ量子隧穿的模拟方法同样适用于其他SMM体系,通过适当发展可以进一步研究SMM的动力学过程以及其他属性。