Низкотемпературные свойства одноосных парамагнетиков в наклонном магнитном поле

Abstract

Рассмотрено поведение одноосных парамагнетиков в наклонном магнитном поле в зависимости от температуры. Найдены структура энергетического спектра, а также компоненты намагниченности и восприимчивости. Получены точные формулы для спина S = 1/2. Для произвольных значений S в легкоосном и легкоплоскостном случаях изучены термодинамические характеристики системы в различных приближениях (малые и большие магнитные поля, низкие и сверхнизкие температуры и т.п.). Показано, что в легкоплоскостном случае при низких температурах поперечная намагниченность и продольная восприимчивость как функции магнитного поля обладают особенностями в виде серии резких всплесков, тогда как в легкоосном случае продольные компоненты этих величин обладают одиночным всплеском.

Розглянуто поведінку одновісних парамагнетиків у похилому магнітному полі в залежності від температури. Знайдено структуру енергетичного спектра, а також компоненти намагніченості та сприйнятливості. Знайдено точні формули для спіну S = 1/2. Для довільних значень спіну S у легковісному та легкоплощинному випадках вивчено термодинамічні характеристики при різних наближеннях (малі та великі магнітні поля, низькі та наднизькі температури і таке інше). Показано, що в легкоплощинному випадку при низьких температурах поперечна намагніченість і поздовжня сприйнятливість як функції магнітного поля мають особливості у вигляді серії різких сплесків, тоді як у легковісному випадку поздовжні компоненти цих величин мають поодинокий сплеск.

The behavior of uniaxial paramagnets in a tilted magnetic field is considered as a function of temperature. The structure of the energy spectrum as well as magnetization and susceptibility components are determined. Exact formulas for the spin S=1/2 are obtained. Thermodynamic parameters of the system are studied for arbitrary values of S in an easy-axis and easy-plane cases in different approximations (weak and strong magnetic fields, low and ultralow temperatures, etc.). It is shown that in the easy-plane case, the transverse magnetization and longitudinal susceptibility as functions of magnetic field at low temperatures exhibit peculiarities in the form of a series of sharp spikes, while the longitudinal components of these quantities in the easy-axis case display only a single spike.