Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄
Изучена температурная зависимость теплоемкости СР(Т) квазиодномерной магнитной системы β-TeVO₄
 в нулевом магнитном поле в температурном интервале 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На зависимости СР(Т) обнаружены фазовые переходы при температурах 4,65, 3,28 и 2,32 К. Установлено, что при температуре&#x...
Saved in:
| Published in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128236 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ / Ю.А. Савина, А.Н. Блудов, В.А. Пащенко, С.Л. Гнатченко, T. Zajarniuk, M.U. Gutowska, A. Szewczyk, P. Lemmens, H. Berger // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 11. — С. 1164–1166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860004101603983360 |
|---|---|
| author | Савина, Ю.А. Блудов, А.Н. Пащенко, В.А. Гнатченко, С.Л. Zajarniuk, T. Gutowska, M.U. Szewczyk, A. Lemmens, P. Berger, H. |
| author_facet | Савина, Ю.А. Блудов, А.Н. Пащенко, В.А. Гнатченко, С.Л. Zajarniuk, T. Gutowska, M.U. Szewczyk, A. Lemmens, P. Berger, H. |
| citation_txt | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ / Ю.А. Савина, А.Н. Блудов, В.А. Пащенко, С.Л. Гнатченко, T. Zajarniuk, M.U. Gutowska, A. Szewczyk, P. Lemmens, H. Berger // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 11. — С. 1164–1166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Изучена температурная зависимость теплоемкости СР(Т) квазиодномерной магнитной системы β-TeVO₄
в нулевом магнитном поле в температурном интервале 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На зависимости СР(Т) обнаружены фазовые переходы при температурах 4,65, 3,28 и 2,32 К. Установлено, что при температуре
TN = 4,65 К происходит фазовый переход из парамагнитного в антиферромагнитное состояние. Проведено теоретическое описание температурной зависимости теплоемкости.
Вивчено температурну залежність теплоємності СР(Т) квазіодновимірної магнітної системи β-TeVO₄
в нульовому магнітному полі в температурному інтервалі 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На залежності СР(Т) було
виявлено фазові переходи при температурах 4,65, 3,28 та 2,32 К. Встановлено, що при температурі
TN = 4,65 К відбувається фазовий перехід з парамагнітного в антиферомагнітний стан. Проведено теоретичний опис температурної залежності теплоємності.
Temperature dependence of specific heat CP(T) of
quasi-one-dimensional magnetic system β-TeVO₄ at
zero magnetic field in the temperature range
0.1 K ≤ T ≤ 300 K is studied. The phase transitions on
dependence CP(T) at temperatures 4.65, 3.28 and 2.32
K have been detected. It was found, the phase transition
from the paramagnetic to the antiferromagnetic
state occurs at TN = 4.65 K. The theoretical description
of the temperature dependence of the specific heat has
been obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:37:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 11, c. 1164–1166
Особенности теплоемкости квазиодномерного
магнетика β-TeVO4
Ю.А. Савина1, А.Н. Блудов1, В.А. Пащенко1, С.Л. Гнатченко1,
T. Zajarniuk2, M.U. Gutowska2, A. Szewczyk2, P. Lemmens3, H. Berger4
1Физико-технический институт низких температур им. Б.И. Веркина НАН Украины
пр. Ленина, 47, г. Харьков, 61103, Украина
E-mail: vpashchenko@ilt.kharkov.ua
2Institute of Physics of PAS, Warsaw, Poland
3Institute for Condensed Matter Physics, TU Braunschweig, Braunschweig D-38106, Germany
4Institute for Condensed Matter and Complex Systems, EPFL, Lausanne CH-1015, Switzerland
Статья поступила в редакцию 23 июля 2015 г., опубликована онлайн 25 сентября 2015 г.
Изучена температурная зависимость теплоемкости СР(Т) квазиодномерной магнитной системы β-TeVO4
в нулевом магнитном поле в температурном интервале 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На зависимости СР(Т) обна-
ружены фазовые переходы при температурах 4,65, 3,28 и 2,32 К. Установлено, что при температуре
TN = 4,65 К происходит фазовый переход из парамагнитного в антиферромагнитное состояние. Прове-
дено теоретическое описание температурной зависимости теплоемкости.
Вивчено температурну залежність теплоємності СР(Т) квазіодновимірної магнітної системи β-TeVO4
в нульовому магнітному полі в температурному інтервалі 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На залежності СР(Т) було
виявлено фазові переходи при температурах 4,65, 3,28 та 2,32 К. Встановлено, що при температурі
TN = 4,65 К відбувається фазовий перехід з парамагнітного в антиферомагнітний стан. Проведено теоре-
тичний опис температурної залежності теплоємності.
PACS: 65.40.Ba Теплоемкость;
65.40.–b Тепловые свойства кристаллических твердых тел;
75.50.Ee Антиферромагнетики.
Ключевые слова: квазиодномерный магнетик, теплоемкость, температура Дебая, температура фазового
перехода.
На протяжении последних десятилетий интерес к од-
номерным магнитным системам не ослабевает как у
теоретиков, так и у экспериментаторов. Особенно при-
влекательными для исследователей объектами являются
соединения, в которых магнитные цепочки построены
из частиц со спином S = 1/2 (например, ионы V4+ или
Cu2+) [1–3]. Один из ярких представителей этого класса
соединений — β-TeVO4. Подробное описание кристал-
лической структуры данного монокристалла представ-
лено в работе [4]. Ранее нами было проведено исследо-
вание магнитных свойств монокристалла β-TeVO4 в
широком интервале температур 1,9-300 К в магнитных
полях Н ≤ 0,1 Тл [5]. При температурах ниже 5 К на
температурных зависимостях магнитной восприимчиво-
сти обнаружены три аномалии (Т = 4,65, 3,28 и 2,32 К).
Сделано предположение, что указанные особенности
являются проявлениями магнитных фазовых переходов,
происходящих в образце. При TN = 4,65 К происходит
фазовый переход в упорядоченное антиферромагнитное
(АФ) состояние β-TeVO4 с последующей модификацией
АФ фазы при понижении температуры. Обнаруженные
нами особенности на зависимостях χ(Т) имели доста-
точно слабую амплитуду, что может ставить под сомне-
ние само их существование.
Исследование теплоемкости является наиболее ин-
формативной методикой для изучения фазовых пере-
ходов (магнитных, сверхпроводящих, структурных и
т.д.) в материалах. Кроме того, в некоторых случаях,
это единственный способ определения, являются ли
наблюдаемые особенности физических свойств фазо-
© Ю.А. Савина, А.Н. Блудов, В.А. Пащенко, С.Л. Гнатченко, T. Zajarniuk, M. U. Gutowska, A. Szewczyk, P. Lemmens, H. Berger, 2015
mailto:vpashchenko@ilt.kharkov.ua
Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO4
выми переходами или нет. Изучение магнитного вкла-
да в теплоемкость — это источник информации для
дополнения результатов, полученных из измерений
магнитной восприимчивости.
В настоящей работе представлены эксперименталь-
ные результаты исследования тепловых свойств моно-
кристалла β-TeVO4 в температурном интервале
0,1 К ≤ Т ≤ 300 К в нулевом магнитном поле на уста-
новке PPMS (Quantum Design) (Польша).
На рис. 1 показана температурная зависимость теп-
лоемкости β-TeVO4 в нулевом магнитном поле [6]. Как
видно на рисунке, зависимость СР(Т) носит монотонный
характер и не демонстрирует каких-либо аномалий в
высокотемпературной области (Т > 30 К, см. вставку
рис. 1). В низкотемпературной области на температур-
ной зависимости теплоемкости наблюдается четкая λ
аномалия при температуре Т = 4,65 К, что свидетельст-
вует о переходе системы из парамагнитного в магнито-
упорядоченное состояние, и два небольших пика при
температурах 3,2 и 2,3 К. В отличие от температурных
зависимостей магнитной восприимчивости все три осо-
бенности хорошо определяются и их температурные
положения подтверждают полученные ранее данные.
При температуре около 11 К на температурной за-
висимости теплоемкости существует точка перегиба
(вторая производная теплоемкости по температуре
обращается в нуль). То есть при уменьшении темпера-
туры скорость изменения теплоемкости (первая произ-
водная по температуре) уменьшается, достигая своего
минимального значения при ~11 К, а затем увеличива-
ется вплоть до температур, близких к температуре пер-
вого фазового перехода. Такой перегиб на температур-
ной зависимости теплоемкости не может быть
обеспечен только вкладом решеточной составляющей
теплоемкости в этой области температур. Кроме того,
следует помнить, что магнитный вклад представляет
собой широкий асимметричный максимум, темпера-
турное положение которого связано с величиной обме-
на в однородной АФ гейзенберговской цепочке (S = ½)
следующим соотношением [7]:
max 10,48 | | / ,D BT J k= ⋅ (1),
где J1D — константа АФ обменного взаимодействия,
kB — постоянная Больцмана. На суммарной теплоем-
кости максимума как такового нет, однако он проявля-
ется в виде точки перегиба в окрестности температуры
максимума. Подставив температуру перегиба в это
соотношение, приближенно оценим величину обмена в
цепочке: J1D = (22 ± 2) К.
Полную теплоемкость системы β-TeVO4 можно
описать суммой двух вкладов: решеточного Clatt(T) и
магнитного Cmag(T), связанного со спиновой системой.
latt mag( , ) ( ) ( , )PC T H C T C T H= + . (2)
Первый вклад не зависит от магнитного поля и доми-
нирует при высоких температурах, тогда как второй
вклад зависит как от температуры, так и от магнитного
поля и становится существенным при температурах
~1/2J/kB. Таким образом, надежная оценка решеточной
теплоемкости при низких температурах (< 30 К) имеет
решающее значение для определения магнитного
вклада. Для описания теплоемкости решетки мы при-
менили модель Дебая [8]:
3 4
latt 2
0
e( ) 9
(e 1)
D T y
A B y
D
T yC T nN k dy
θ
= θ −
∫ , (3)
где n — число атомов на формульную единицу, NA —
число Авогадро, θD — температура Дебая.
Для расчета магнитного вклада в теплоемкость
mag ( )C T была использована модель, предложенная
Джонстоном с соавторами в работе [7] для одномерной
гейзенберговской антиферромагнитной цепочки спи-
нов S = 1/2. Наилучшее описание экспериментальной
зависимости СР(Т) получено для параметров θD =
= 165 К и J/kB = 20,5 К. Результат теоретического опи-
сания теплоемкости в рамках предложенной модели
показан на рис. 2. Экспериментальные данные — точ-
ки на графике, сплошная линия — теоретический рас-
чет, пунктирная и штрихпунктирная линии — реше-
точный и магнитный вклады в теплоемкость. Как
видно на рисунке, получено хорошее описание экспе-
риментальных данных в рамках простой модели для
одномерной цепочки спинов S = 1/2. Полученные па-
раметры хорошо согласуются с результатами, опубли-
кованными в работе [9], в которой для описания тем-
пературной зависимости СР(Т) в области температур
до 30 К использована более сложная модель с учетом
двух констант обменного взаимодействия.
Рис. 1. Низкотемпературные особенности теплоемкости моно-
кристалла β-TeVO4. На вставке показана температурная зави-
симость теплоемкости β-TeVO4 монокристалла в нулевом
магнитном поле в температурном интервале от 0 до 300 К.
Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 11 1165
Ю.А. Савина и др.
Таким образом, результаты исследования темпера-
турной зависимости теплоемкости β-TeVO4 полностью
подтвердили, что наблюдаемые на температурных за-
висимостях магнитной восприимчивости особенности
являются фазовыми переходами при температурах
4,65, 3,28 и 2,32 К. В рамках предложенной модели
получено удовлетворительное описание эксперимен-
тальных данных. Определенная константа обменного
взаимодействия J/kB = 20,5 К близка к значению
J/kB = 21,4 К, полученному из анализа магнитных экс-
периментов.
Авторы выражают благодарность В.И. Фомину за
плодотворное обсуждение экспериментальных резуль-
татов и полезные советы.
1. S. Das, A. Niazi, Y. Mudryk, V.K. Pecharsky, and D.C.
Johnston, Phys. Rev. B 81, 104432 (2010).
2. Y. Singh, R. McCallum, and D.C. Johnston, Phys. Rev. B 76,
174402 (2007).
3. N. Maeshima, M. Hagiwara, Y. Narumi, K. Kindo, T.C.
Kobayashi, and K. Okunishi, J. Phys.: Condens. Matter 15,
3607 (2003).
4. G. Meunier, J. Darriet, and J. Galy, J. Solid State Chem. 6,
67 (1973).
5. Yu. Savina, O. Bludov, V. Pashchenko, S. Gnatchenko,
P. Lemmens, and H. Berger, Phys. Rev. B 84, 104447
(2011).
6. O. Bludov, Specific Heat of Quasi-one-Dimensional Antifer-
romagnet β-TeVO4 /O. Bludov, Yu. Savina, V. Pashchenko,
S. Gnatchenko, A. Szewczyk, P. Lemmens, H. Berger
// Abstract on International Conference for Young Scientists
«Low Temperature Physics» ICYS-LTP-2011, 2011.-p.82
7. D.C. Johnston, R.K. Kremer, M. Troyer, X. Wang,
A. Klümper, S.L. Bud’ko, A.F. Panchula, and P.C. Canfield,
Phys. Rev. B 61, 9558 (2000).
8. P. Debye, Ann. Phys. 334, 789 (1912).
9. M. Pregelj, A. Zorko, O. Zaharko, H. Nojiri, H. Berger, L.C.
Chapon, and D. Arčon, Nat. Commun. 6, 7255 (2015).
Heat capacity features of quasi-one-dimensional
magnet β-TeVO4
Yu.O. Savina, O.M. Bludov, V.А. Pashchenko,
S.L. Gnatchenko, T. Zajarniuk, M.U. Gutowska,
A. Szewczyk, P. Lemmens, and H. Berger
Temperature dependence of specific heat CP(T) of
quasi-one-dimensional magnetic system β-TeVO4 at
zero magnetic field in the temperature range
0.1 K ≤ T ≤ 300 K is studied. The phase transitions on
dependence CP(T) at temperatures 4.65, 3.28 and 2.32
K have been detected. It was found, the phase transi-
tion from the paramagnetic to the antiferromagnetic
state occurs at TN = 4.65 K. The theoretical description
of the temperature dependence of the specific heat has
been obtained.
PACS: 65.40.Ba Heat capacity;
65.40.–b Thermal properties of crystalline
solids;
75.50.Ee Antiferromagnetics.
Keywords: quasi-one-dimensional magnet, heat capac-
ity, Debye temperature, phase transition temperature.
Рис. 2. (Онлайн в цвете) Температурная зависимость тепло-
емкости β-TeVO4 в нулевом магнитном поле в интервале
температур до 30 К. Черные кружки — экспериментальные
точки, пунктир — решеточный вклад в теплоемкость, штрих-
пунктир — магнитный вклад в теплоемкость, сплошная ли-
ния — теоретическое описание теплоемкости в рамках одно-
мерной модели.
1166 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2015, т. 41, № 11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-128236 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:37:52Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Савина, Ю.А. Блудов, А.Н. Пащенко, В.А. Гнатченко, С.Л. Zajarniuk, T. Gutowska, M.U. Szewczyk, A. Lemmens, P. Berger, H. 2018-01-07T14:15:37Z 2018-01-07T14:15:37Z 2015 Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ / Ю.А. Савина, А.Н. Блудов, В.А. Пащенко, С.Л. Гнатченко, T. Zajarniuk, M.U. Gutowska, A. Szewczyk, P. Lemmens, H. Berger // Физика низких температур. — 2015. — Т. 41, № 11. — С. 1164–1166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 65.40.Ba, 65.40.–b, 75.50.Ee https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128236 Изучена температурная зависимость теплоемкости СР(Т) квазиодномерной магнитной системы β-TeVO₄
 в нулевом магнитном поле в температурном интервале 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На зависимости СР(Т) обнаружены фазовые переходы при температурах 4,65, 3,28 и 2,32 К. Установлено, что при температуре
 TN = 4,65 К происходит фазовый переход из парамагнитного в антиферромагнитное состояние. Проведено теоретическое описание температурной зависимости теплоемкости. Вивчено температурну залежність теплоємності СР(Т) квазіодновимірної магнітної системи β-TeVO₄
 в нульовому магнітному полі в температурному інтервалі 0,1 К ≤ Т ≤ 300 К. На залежності СР(Т) було
 виявлено фазові переходи при температурах 4,65, 3,28 та 2,32 К. Встановлено, що при температурі
 TN = 4,65 К відбувається фазовий перехід з парамагнітного в антиферомагнітний стан. Проведено теоретичний опис температурної залежності теплоємності. Temperature dependence of specific heat CP(T) of
 quasi-one-dimensional magnetic system β-TeVO₄ at
 zero magnetic field in the temperature range
 0.1 K ≤ T ≤ 300 K is studied. The phase transitions on
 dependence CP(T) at temperatures 4.65, 3.28 and 2.32
 K have been detected. It was found, the phase transition
 from the paramagnetic to the antiferromagnetic
 state occurs at TN = 4.65 K. The theoretical description
 of the temperature dependence of the specific heat has
 been obtained. Авторы выражают благодарность В.И. Фомину за
 плодотворное обсуждение экспериментальных результатов и полезные советы. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ Heat capacity features of quasi-one-dimensional magnet β-TeVO₄ Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ Савина, Ю.А. Блудов, А.Н. Пащенко, В.А. Гнатченко, С.Л. Zajarniuk, T. Gutowska, M.U. Szewczyk, A. Lemmens, P. Berger, H. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ |
| title_alt | Heat capacity features of quasi-one-dimensional magnet β-TeVO₄ |
| title_full | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ |
| title_fullStr | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ |
| title_full_unstemmed | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ |
| title_short | Особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-TeVO₄ |
| title_sort | особенности теплоемкости квазиодномерного магнетика β-tevo₄ |
| topic | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128236 |
| work_keys_str_mv | AT savinaûa osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT bludovan osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT paŝenkova osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT gnatčenkosl osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT zajarniukt osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT gutowskamu osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT szewczyka osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT lemmensp osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT bergerh osobennostiteploemkostikvaziodnomernogomagnetikaβtevo4 AT savinaûa heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT bludovan heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT paŝenkova heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT gnatčenkosl heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT zajarniukt heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT gutowskamu heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT szewczyka heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT lemmensp heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 AT bergerh heatcapacityfeaturesofquasionedimensionalmagnetβtevo4 |