Podrobno

Magnetno urejeno stanje kobaltovega kvantnega magneta in razvoj enote za uglaševanje sonde v NMR eksperimentih
ID Kristan, Maj (Avtor), ID Klanjšek, Martin (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (7,97 MB)
MD5: 94E729798D3BF935E740973964FBCA36

Izvleček
Meritve s tehniko jedrske magnetne resonance (NMR) omogočajo podroben vpogled v magnetno ureditev materiala na mikroskopskem nivoju, kar lahko storimo tudi za kobaltov sistem BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$ (BCAO). Ta je v zadnjih letih pritegnil veliko pozornosti, saj so teoretične napovedi kazale, da bi lahko predstavljal realizacijo slovitega spinskega modela Kitaeva. Nedavne raziskave pa kažejo, da je BCAO verjetneje realizacija Heisenbergovega anizotropnega XXZ modela z dodatno antiferomagnetno interakcijo med tretjimi najbližjimi sosedi kobaltovih magnetnih ionov. Kristalno polje in močna sklopitev spin-tir namreč vodita do anizotropne izmenjalne interakcije med efektivnimi spini Co$^{2+}$, ki v plasteh tvorijo dvodimenzionalne mreže satovja. V faznem diagramu ta sistem poleg različnih magnetno urejenih faz omogoča tudi obstoj kvantne spinske tekočine. Magnetno urejena stanja v BCAO se pojavijo pri nizkih temperaturah, pod 5.3 K, in pri zunanjem magnetnem polju pod 0.5 T, kar potrjujejo rezultati eksperimentalnih meritev. V tem magistrskem delu se posebej osredotočam na magnetno fazo, ki se pojavi v ničelnem zunanjem magnetnem polju z nižanjem temperature. S tehniko NMR sem opazoval prehode med energijskimi stanji jedra, ki se razcepijo zaradi prisotnosti jedrske kvadrupolne in hiperfine interakcije. Za natančne NMR meritve je ključnega pomena pravilna uglasitev sonde na resonančno frekvenco, kar omogoča učinkovito vzbujanje prehodov med jedrskimi stanji v snovi. Električna vezava sonde vsebuje tri kondenzatorje, katerih kapaciteto je mogoče prilagajati z vrtenjem njihovih osi. S tem se nastavi resonančna frekvenca celotnega resonančnega kroga, ki ga skupaj s kondenzatorji tvori tuljava, v kateri se nahaja vzorec. Za poenostavitev in pospešitev tega postopka sem razvil posebno enoto, ki preko uporabniškega vmesnika omogoča hitro in natančno nastavitev želene resonančne frekvence. Nastavljanje kapacitete poteka s pomočjo koračnih motorjev, ki jih krmilimo z mikrokrmilniško ploščo, pri čemer motorji natančno zavrtijo kondenzatorje na zahtevano vrednost.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:kvantni magnetizem, BaCo2(AsO4)2, magnetno urejena struktura, magnon, magnetna frustracija, kvantna spinska tekočina, izmenjalna interakcija, XXZ Heisenbergov model, jedrska magnetna resonanca, Blochove enačbe, spinski odmev, uglasitvena krivulja
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-173756 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:251517699 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:21.09.2025
Število ogledov:177
Število prenosov:53
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Magnetically ordered state of a cobalt-based quantum magnet and development of a unit for tuning of the probe in NMR experiments
Izvleček:
Nuclear magnetic resonance (NMR) measurements provide a detailed insight into the magnetic ordering of a material at the microscopic level, which can also be applied to the cobalt system BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$ (BCAO). In recent years, this system has attracted significant attention, as theoretical predictions suggested that it could realize the renowned Kitaev spin model. However, recent studies indicate that BCAO is more likely a realization of an anisotropic Heisenberg XXZ model with an additional antiferromagnetic interaction between the third-nearest-neighboring cobalt magnetic ions. The crystal field and strong spin-orbit coupling induce anisotropic exchange interactions among the effective Co$^{2+}$ spins, which form two-dimensional honeycomb layers. In the phase diagram, this system not only hosts various magnetically ordered states but also supports a quantum spin liquid. Magnetically ordered states in BCAO appear below 5.3 K and in external magnetic fields under 0.5 T, as confirmed experimentally. This master’s thesis focuses on the magnetic phase occuring at zero external magnetic field upon cooling. Using the NMR method, I observed transitions between nuclear energy states, which are split due to the presence of nuclear quadrupolar and hyperfine interactions. For precise NMR measurements, correctly tuning the probe to the resonant frequency is crucial, as this allows for efficient excitation of transitions between nuclear energy levels in the material. The electrical circuit of the probe contains three capacitors whose capacitance can be adjusted by rotating their axes, thereby setting the resonant frequency of the entire resonant circuit, which, together with the capacitors, is formed by the coil containing the sample. To simplify and accelerate this procedure, I developed a dedicated unit that provides rapid and precise adjustment of the desired resonant frequency through a user interface. The capacitance adjustment is carried out using stepper motors controlled via a microcontroller board, which rotate the capacitors to the required values.

Ključne besede:quantum magnetism, BaCo$_2$(AsO$_4$)$_2$, magnetically ordered structure, magnon, magnetic frustration, quantum spin liquid, exchange interaction, XXZ Heisenberg model, nuclear magnetic resonance, Bloch equations, spin echo, wobble curve

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj