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磁性化合物Ca3Co2O6低温磁化曲线中所表现出来的跳跃性台阶是一般磁性材料所不具备的属性,这给磁性存储技术和磁性理论带来新的研究亮点,近十年间围绕该材料在低温下的磁性从微观与宏观、实验与计算、理论与模拟等方面展开了各种研究。其中,关于其低温磁化曲线台阶的认识存在数种模型,本文旨在运用Monte Carlo模拟技术,深入讨论Ca3Co2O6磁化曲线在低温环境下的成因及形状变化。主要成果如下:
(1)以钴氧链为基元进行三角堆积实现的三维Ising模型,真实反映了Ca3Co2O6晶格结构的R3c空间群对称性,使得模拟结果能够更好地反映磁化曲线跳变的物理本质;同时,以事件为导向的n-Fold算法的引入,大大加速了模拟进程,尤其是增加了低温下抽样的有效性,实现了Ca3Co2O6三维体系的庞大模拟工作。
(2)在三维Ising模型下,实现了实验上在温度降至25 K以下时磁化曲线展现出的宽度为3.6 T高度为Ms/3的平坦大台阶,以及温度降至10 K以下时大台阶分裂为三个等宽1.2 T的次级台阶,发现Ms/3的平台是一个能量最低的稳定磁化状态,且不同的模拟过程对应的磁化曲线跳跃有较大区别。
(3)与二维模型结果不同但与实验吻合的是,三维模型磁化曲线中次级台阶不仅能出现而且能合并,只要经过适当调整和延长不同外场下的模拟时间,次级台阶的合并只能形成一个高度为Ms/3的大台阶,表明次级台阶的出现是平衡弛豫不完全的结果。意味着,10 K以下的磁化强度具有较长的弛豫时间,且与实验测试的具体过程密切相关。