Korrelált elektronrendszerek fázsiátalakulásainak elméleti és NMR kisérleti vizsgálata
Title in English
Phase transitions in correlated electron systems: Theory and NMR experiments
Keywords in Hungarian
mágneses és elektromos multipól rendeződés
Keywords in English
magnetism, multipolar order, low spin high spin transition
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Theoretical Solid State Physics Dept. (Research Institute for Solid State Physics and Optics Hung. Acad. Sci.)
Participants
Bokor, Mónika Zsuzsanna Fazekas, Patrik Kiss, Annamária Kriza, György Matus, Péter Radnóczi, Katalin Romhányi, Judit
Starting date
2006-02-01
Closing date
2009-12-31
Funding (in million HUF)
12.600
FTE (full time equivalent)
6.03
state
closed project
Summary in Hungarian
A legegyszerűbb kollektiv jelenség a permanens mágneses dipólok ferromágneses rendeződése. Az alacsony-spin-magas-spin-tipusú átalakulások adták az első példát indukált momentumok mágnességére, mikoris a rendeződő momentumok léte csak annak köszönhető, hogy azután rendezetté válnak. Ez az átalakulásnak erős kapcsolás-szerű jelleget ad. A kölcsönható elektron-rendszerek különböző fázisai közötti átmenetek (kapcsolások) érzékenyek a külső terekre, és fénnyel illetve árammal is előidézhetők. A mai felfogás szerint az alacsony/magas "spin" nem feltétlenül szószerint spin, hanem lehet valamilyen magasabb momentum (kvadrupól, oktupól, stb.) is. Terveink részben kisérleti, részben elméleti jellegűek. NMR méréseket fogunk végezni, hogy bizonyos alacsony-spin-magas-spin átalakulások természetére fényt deritsünk. Kiterjedt elméleti vizsgálatokat tervezünk az anyag alacsony ill. magas multipólmomentumú állapotai közötti átmenetek leirására.
Summary
In the simplest theory of cooperative phenomena, pre-existing moments order to form a ferromagnet. Low-spin-high-spin transitions give the simplest example of the ordering of interaction-induced moments, when the ordering entities come into existence thanks to the order in which they participate. This aspect gives the phase transition the appearance of a strong switching phenomenon. Switching between different phases of correlated electron systems is strongly influenced by external fields, and can be induced by light or electric current, as well as temperature. In our contemporary understanding, the high ?spin? need not be actually spin, but can be a higher multipole (quadrupole, octupole, etc.) as well. We plan NMR experiments to shed light on the nature of ordering in several low-spin-high-spin systems, and use a range of theoretical techniques to study the transition between low-moment and high-moment states of matter.
Final report
Results in Hungarian
Elméleti vizsgálatainkban az kérdeztük, hogyan vezethetnek a geometriai kényszerek, a magasabb spinkicserélődés, illetve az anizotróp kölcsönhatások szokatlan tulajdonságú mágneses fázisokhoz. Megmutattuk, hogy 1-es spinű kvantumrendszerekben nemmágneses, mégis O(3) szimmetriát sértő kvadrupoláris rend jöhet létre bikvadratikus kölcsönhatás jelenlétében háromszög- és négyzetrácson. Az erősen frusztrált piroklór rácson klasszikus spinekre megmutattuk, hogy a bikvadratikus tag együtt az elsőszomszéd Heisenberg-kölcsönhatással nematikus fázist eredményezhet algebrai spinkorrelációkkal. Kiterjedt Monte-Carlo-szimulációkkal megmutattuk egy valódi gap nélküli spinfolyadék létezését kvantumdimer-rendszerekben. Továbbfejlesztettük 9 T-s szilárdtest-NMR spektrométerünket egy korszerű rádiófrekvenciás konzol üzembehelyezésével és számos a molekuláris mágnesek és kapcsolók családjába tartozó cianid-hidas átmenetifém-komplex NMR tulajdonságait vizsgáltuk. Berlini kék analóg vegyületben az átmeneti fémion-összetétel függvényében változó mágneses tulajdonságokat követtük a kristályvíz protonjait felhasználva. Kvázi kétdimenziós ferromágneses vegyületben szerkezetileg azonosítottuk és jellemeztük a különböző eredetű (víz ill. szerves) protonjeleket. Egy másik NMR vizsgálatunkban sikeresen leírtuk egy izolált kubán molekula proton-NMR spektrumát a kölcsönható 8-spin rendszer Hamilton-operátorának numerikus diagonalizálásával.
Results in English
On the theoretical side, we have studied how geometrical, higher spin exchange, or DM interaction induced frustration can lead to exotic phases. We found nonmagnetic, yet O(3) breaking quadrupolar phases in quantum spin-one system with biquadratic exchange on triangular and square lattices. On the highly frustrated pyrochlore lattice with classical spins, we have shown that biquadratic term next to a nearest neighbor Heisenberg exchange may stabilize nematic order with algebraic decay of spin correlations. Using Monte-Carlo simulations, we have shown the appearance of a true gapless spin-liquid state in three-dimension on a quantum-dimer model. We have shown that the anisotropy may induce Ising-like degeneracy in dimer systems. On the NMR side, we have installed a new radiofrequency console in our 9-T solid state NMR spectrometer. We have investigated cyanide-bridge transition metal complexes belonging to the family of molecular magnets and switches. Using the proton signals of the water in the lattice, ee have traced the changes of magnetic properties due to changing transition metal ion composition in a Preussian blue analogue compound. We identified and characterized from structural aspects the proton signals of different origin (water or organic) in a quasi two-dimensional ferromagnetic compound. In another NMR study, we have successfully modelled the proton NMR line shape of isolated cubane molecules with exact diagonalization of the interacting 8-spin Hamiltonian.
Zentkova M; Arnold Z; Mihalik M; Bokor M; Zentko A; Matas S; Kamarad J; Mitroova Z: Ternary Prussian blue analogs-effect of pressure and NMR spectroscopy, benyújtva, 2007
Bokor M; Tompa K; Kiss LF; Zentková M; Zentko A; Mihalik M; Maťaš S; Mitróová Z: 1H NMR on (NixMn1-x)3[Cr(CN)6]2·nH2O, Acta Physica Polonica A 113, 485-488, 2008
Penc K; Läuchli A: Spin Nematic Phases in Quantum Spin Systems, in `Introduction to Frustrated Magnetism', Springer Series in Solid-State Sciences, Vol. 164, eds. C. Lacroix, F. Mila, and P. Mendels, megjelenés alatt, 2010
