Podrobno

Mionska mesta in vpliv mionov na kristalna električna polja v kvantnem magnetu ErTa$_7$O$_{19}$
ID Malovrh, Marcel (Avtor), ID Gomilšek, Matjaž (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (20,11 MB)
MD5: D0BA214E39D4C038CE22FDE8490C3FAB

Izvleček
V magistrskem delu obravnavamo sistem ErTa$_7$O$_{19}$ (ETO), ki je sestavljen iz močno frustrirane 2D trikotne mreže magnetnih ionov Er$^{3+}$ (efektivni spini 1/2) s skoraj-Isingovimi sklopitvami, za katerega se predvideva, da bi lahko imel osnovno stanje z lastnostmi kvantne spinske tekočine. Na ETO so bili opravljeni eksperimenti z elastičnim sipanjem nevtronov in mionsko spektroskopijo, katerih rezultati se ne skladajo: nevtroni kažejo magnetni red pri nizkih temperaturah, mioni pa reda ne zaznajo. Ena vodilnih razlag je, da mion kot nabit delec lokalno preoblikuje kristalno mrežo. V delu preverimo to razlago z \textit{ab initio} simulacijami. S pomočjo teorije gostotnih funkcionalov (DFT) določimo mesta za zaustavitev mionov in njihove vplive na lokalno atomsko okolico. Najdemo štiri kandidatna mesta, od katerih se le eno ujema z eksperimentalnim negativnim predznakom Knightovega premika. Nato s formalizmom Stevensovih operatorjev izračunamo spremembe kristalnih električnih polj na ionih Er$^{3+}$, naprej v modelu točkastega naboja (pri katerem predpostavimo, da je ves naboj zbran na mestih ionov) in nato v modelu porazdeljenega naboja (pri katerem upoštevamo še prostorsko razmazanost gostote elektronov po kristalu). Uvedemo tudi nov postopek za izračun popravkov Stevensovih koeficientov zaradi prisotnosti miona iz rezultatov DFT, ki jih dodamo eksperimentalnim vrednostim Stevensovih koeficientov za čisti kristal, kar vodi do natančnejših rezultatov od v celoti \textit{ab initio} ocene Stevensovih koeficientov. Izračunamo tudi spremembe kristalnih nivojev in magnetnih $g$ tenzorjev. Opazimo velike razlike med rezultati obeh modelov, ter velike spremembe v kristalnih nivojih in $g$ tenzorjih mionu bližnjih ionov Er$^{3+}$. To namiguje, da mion resnično dovolj preoblikuje kristal, da bi lahko to razložilo navidezno neskladje med eksperimenti z mioni in nevtroni. S pomočjo DFT izračunamo še jedrski prispevek k izmerjeni specifični toploti ETO pri nizkih temperaturah, kar omogoči, da izluščimo čisto magnetni prispevek in s tem pravilno interpretacijo osnovnega stanja tega kvantnega magneta.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:mionska spektroskopija, teorija gostotnih funkcionalov, kristalna električna polja, kvantne spinske tekočine, frustracija
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
Leto izida:2026
PID:20.500.12556/RUL-185722 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:289298947 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:19.08.2026
Število ogledov:145
Število prenosov:62
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Muon sites and the influence of muons on crystal electric fields in the quantum magnet ErTa$_7$O$_{19}$
Izvleček:
In this master's thesis, the system ErTa$_7$O$_{19}$ is studied. ETO consists of a strongly frustrated 2D triangular lattice of magnetic Er$^{3+}$ ions (effective spin 1/2) with nearly Ising-like couplings, and it is believed that it possibly realizes a quantum liquid ground state. Experiments on ETO using elastic neutron scattering and muon spectroscopy yield conflicting results: neutrons indicate magnetic order at low temperatures, while muons detect no ordering. One leading explanation is that the muon, as a charged particle, locally distorts the crystal lattice. This explanation is tested using \textit{ab initio} simulations. Within density functional theory (DFT), muon stopping sites and their effects on the local atomic environment are determined. Four candidate sites are identified, of which only one matches the experimentally observed negative sign of the Knight shift. The formalism of Stevens operators is then used to compute changes in the crystal electric fields at the Er$^{3+}$ ions, first within the point-charge model (where all charge is assumed to be localized at ionic positions) and then within the distributed charge model (which accounts for the spatial distribution of electron density). A new procedure is introduced to compute only the corrections of the Stevens coefficients due to the muon from DFT results; these are added to experimental coefficients for the pristine crystal, yielding more accurate results than fully \textit{ab initio} estimates. Changes in the crystal-field levels and magnetic $g$ tensors are also calculated. Large differences between the two models and experimentally determined quantities are observed, suggesting that the muon sufficiently distorts the crystal to explain the discrepancy between muon and neutron experiments. Using DFT, the nuclear contribution to the low-temperature specific heat of ETO is additionally computed, enabling extraction of the purely magnetic contribution and a proper interpretation of the ground state of this quantum magnet.

Ključne besede:muon spectroscopy, density functional theory, crystal electric fields, quantum spin liquids, frustration

Podobna dela

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

Nazaj