Магнитные свойства твердого кислорода под давлением - Фрейман, Ю.А. (Физика низких температур, 2015)
Твердый кислород — уникальный кристалл, сочетающий свойства молекулярного кристалла и
магнетика. В отличие от обычных магнетиков, обменное взаимодействие в твердом кислороде реализуется на фоне слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий и составляет, тем самым, значительную часть
энергии кристалла. Это приводит к богатой P–T фазовой диаграмме и к многочисленным аномалиям
термодинамических, кинетических, оптических и магнитных свойств твердого кислорода. α-O₂,
низкотемпературная фаза низких давлений, является неелевским коллинеарным двухподрешеточным
магнетиком. При давлениях ~6 ГПа α-O₂ переходит в δ-O₂, в котором с повышением температуры
реализуются три различные магнитные структуры. При давлениях ~ 8 ГПа происходит переход в ε-O₂.
При этом переходе молекулы O₂ объединяются в кластеры (O₂)₄, что сопровождается магнитным
коллапсом. В настоящем обзоре описывается эволюция магнитной структуры с ростом давления и
анализируются причины, которые лежат в основе этой эволюции. Твердий кисень — унікальний кристал, що поєднує властивості молекулярного кристала та магнетика.
На відміну від звичайних магнетиків, обмінна взаємодія в твердому кисні реалізується на фоні слабких
ван-дер-ваальсових взаємодій і складає, тим самим, значну частину енергії кристала. Це призводить до
багатщї P–T фазової діаграми і до чисельних аномалій термодинамічних, кінетичних, оптичних та
магнітних властивостей твердого кисню. α-O₂ — низькотемпературна фаза низьких тисків є неєлівським
колінеарним двогратковим магнетиком. При тисках ~ 6 ГПа α-O₂ переходить у ε-O₂, в якому з
підвищенням температури реалізуються три різні магнітні структури. При тисках ~ 8 ГПа відбувається
перехід в ε-O₂. При цьому переході молекули O₂ об’єднуються в кластери (O₂)₄, що супроводжується
магнітним колапсом. У цьому огляді описується еволюція магнітної структури із зростанням тиску та
аналізуються причини, які лежать в основі цієї еволюції. Solid oxygen is a unique crystal combining properties
of a simple molecular solid and of a magnet. Unlike
ordinary magnets, the exchange interaction in solid oxygen
acts on a background of weak Van der Waals forces,
providing a significant part of the total lattice energy.
Therefore, the magnetic and lattice properties in solid
oxygen are very closely related which manifests itself in
a very rich phase diagram and in numerous anomalies of
thermal, magnetic, and optical properties. Lowtemperature
low-pressure α-O₂ is a two-sublattice collinear
Neel antiferromagnet. At pressures of ~ 6 GPa
α-O₂ transforms into δ-O₂ which at increasing temperatures
displays three different magnetic structures.
At ~ 8 GPa it transforms into ε-O₂. In this transition
O₂ molecules unite into four-molecular clusters (O₂)₄.
This transformation is accompanied by a magnetic collapse.
This review describes the evolution of the magnetic
structure with increasing pressure, and analyzes
the causes that underlie this evolution.