ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аннотация
В соединениях, содержащих цепочки магнитных ионов со спином S = 1 (халдейновские цепочки), реализуется неупорядоченное основное состояние со щелью в спектре магнитных возбуждений. В модели VBS каждый спин S = 1 можно представить в виде двух псевдочастиц со спином S = 1/2, связанных антиферромагнитным взаимодействием с псевдочастицей соседнего иона. Немагнитные примеси внутри цепочки могут привести к образованию сегментов цепочек, на концах которых возникают нескомпенсированные спины S = 1/2.

В настоящей работе было исследовано влияние взаимодействия спинов S = 1/2, возникающих на концах сегментов халдейновской цепочки, на температурную зависимость теплоемкости С(Т). Взаимодействие спинов S = 1/2 ведет к расщеплению четырехкратно вырожденного основного состояния сегмента цепочки на синглетное и триплетное состояние, разделенных щелью . Перераспределение электронов с температурой по расщепленным подуровням основного состояния сегмента цепочки приводит к появлению аномалии Шоттки на зависимости С(Т). Используя энергетический спектр сегмента цепочки, полученный при учете одноионной анизотропии , мы получили выражения для теплоемкости. Анализ показал, что в отсутствие внешнего магнитного поля, когда один из параметров  или  фиксирован, максимум теплоемкости смещается в сторону более высоких температур при увеличении другого параметра. Для синглетного основного состояния максимум теплоемкости смещается в сторону более высоких температур с увеличением величины приложенного магнитного поля. Если основное состояние – триплет, то в полях  максимум смещается в сторону низких температур, а в полях – в сторону более высоких температур. В промежуточной области полей зависимость С(Т) имеет более сложный характер. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментальными данными для соединений Gd₂BaNiO₅ и (Y_1-xNd_x)₂BaNiO₅, опубликованными ранее.

Список литературы

1. Haldane F.D.M. Nonlinear field theory of large-spin Heisenberg antiferromagnets: semiclassically quantized solitons of the one-dimensional easy-axis Néel state // Physical Review Letters. – 1983. – Vol. 50, N 15. – P. 1153. – doi: 10.1103/PhysRevLett.50.1153.
2. Paramagnetic and antiferromagnetic resonances in the diamagnetically diluted Haldane magnet PbNi₂V₂O_{8 /} A.I. Smirnov, V.N. Glazkov, H.-A. Krug von Nidda, A. Loidl, L.N. Demianets, A.Ya. Shapiro // Physical Review B. – 2002. – Vol. 65, N 17. – P. 174422. – doi: 10.1103/PhysRevB.65.174422.
3. Observation of S=1/2 degrees of freedom in an S=1 linear-chain Heisenberg antiferromagnet / M. Hagiwara, K. Katsumata, I. Affleck, B.I. Halperin, J.P. Renard // Physical Review Letters. – 1990. – Vol. 65, N 25. – P. 3181. – doi: 10.1103/PhysRevLett.65.3181.
4. Comparison of S=0 and S=1/2 impurities in the Haldane chain compound Y₂BaNiO₅ / J. Das, A.V. Mahajan, J. Bobroff, H. Alloul, F. Alet, E.S. Sørensen // Physical Review B. – 2004. – Vol. 69, N 14. – P. 144404. – doi: 10.1103/PhysRevB.69.144404.
5. Batista C.D., Hallberg K., Aligia A.A. Electron spin resonance of defects in the Haldane system Y₂BaNiO₅ // Physical Review B. – 1999. – Vol. 60, N 18. – P. R12553. – doi: 10.1103/PhysRevB.60.R12553.
6. Tedoldi F., Santachiara R., Horvatić M. ⁸⁹YNMR imaging of the staggered magnetization in the doped Haldane chain Y₂BaNi_1−xMg_xO₅ // Physical Review Letters. – 1999. – Vol. 83, N 2. – P. 412. – doi: 10.1103/PhysRevLett.83.412.
7. Darriet J., Regnault L.P. The compound Y₂BaNiO₅: a new example of a Haldane gap in a S=1 magnetic chain // Solid State Communications. – 1993. – Vol. 86, N 7. – P. 409–412. – doi: 10.1016/0038-1098(93)90455-V.
8. The electronic structure of the doped one-dimensional transition metal oxide Y_2-xCa_xBaNiO₅ studied using X-ray absorption / Z. Hu, M. Knupfer, M. Kielwein, U.K. Rößler, M.S. Golden, J. Fink, F.M.F. de Groot, T. Ito, K. Oka, G. Kaindl // The European Physical Journal B. – 2002. – Vol. 26, N 4. – P. 449–453. – doi: 10.1140/epjb/e20020113.
9. Magnetic and charge dynamics in a doped one-dimensional transition metal oxide / J.F. DiTusa, S.-W. Cheong, J.-H. Park, G. Aeppli, C. Broholm, C.T. Chen // Physical Review Letters. – 1994. – Vol. 73, N 13. – P. 1857. – doi: 10.1103/PhysRevLett.73.1857.
10. Magnetic gap excitations in a one-dimensional mixed spin antiferromagnet Nd₂BaNiO₅ / A. Zheludev, J.M. Tranquada, T. Vogt, D.J. Buttrey // Physical Review B. – 1996. – Vol. 54, N 10. – P. 7210. – doi: 10.1103/PhysRevB.54.7210.
11. Maslov S., Zheludev A. Universal behavior of one-dimensional gapped antiferromagnets in a staggered magnetic field // Physical Review Letters. – 1998. – Vol. 80, N 26. – P. 5786. – doi: 10.1103/PhysRevLett.80.5786.
12. Quantum and classical dynamics in complex one-dimensional antiferromagnets / A. Zheludev, S. Maslov, T. Yokoo, J. Akimitsu, S. Raymond, S.E. Nagler, K. Hirota // Phy­sical Review B. – 2000. – Vol. 1. – P. 1601. – doi: 10.1088/0953-8984/13/27/202.
13. Thermodynamic studies on single crystalline Gd₂BaNiO₅ / E. Popova, R. Klingeler, N. Tristan, B. Büchner, A.N. Vasil’ev // Physical Review B. – 2012. – Vol. 85, N 17. – P. 174402–174408. – doi: 10.1103/PhysRevB.85.174402.
14. Calorimetric and spectroscopic study of quasi-one-dimensional Haldane magnets (Y_1−xNd_x)₂BaNiO₅ (x = 1, 0.75, 0.50, 0.25) / E. Popova, A.N. Vasil’ev, S.A. Klimin, M.V. Narozhnyi, M.N. Popova // Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2010. – Vol. 111, N 2. – P. 204–208. – doi: 10.1134/s1063776110080078.
15. Rigorous results on valence-bond ground states in antiferromagnets / I. Affleck, T. Kennedy, E.H. Lieb, H. Tasaki // Physical Review Letters. – 1987. – Vol. 59, N 7. – P. 799. – doi: 10.1103/PhysRevLett.59.799.
16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Ч. 1. – Изд. 3-е, доп. – М.: Наука, 1976. – 584 с. – (Теоретическая физика; т. 5).
17. Magnetic ordering, spin waves, and Haldane-gap excitations in (Nd_xY_1−x)₂BaNiO₅ linear-chain mixed-spin antiferromagnets / T. Yokoo, S.A. Raymond, A. Zheludev, S. Maslov, E. Ressouche, I. Zaliznyak, R. Erwin, M. Nakamura, J. Akimitsu // Physical Review B. – 1998. – Vol. 58. – P. 14424. – doi: 10.1103/PhysRevB.58.14424.