Bestimmung des kritischen Exponenten $\beta$ an verdünnten Magneten durch Neutronenbeugung

Schneider, R.

Book/Report

FZJ-2018-02003

Bestimmung des kritischen Exponenten $\beta$ an verdünnten Magneten durch Neutronenbeugung

Schneider, R. (Corresponding author)FZJ*

1982
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag Jülich

Jülich : Kernforschungsanlage Jülich, Verlag, Berichte der Kernforschungsanlage Jülich 1819, 76 p. (1982)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/17737

Report No.: Juel-1819

Abstract: Das kritische Verhalten amorpher Magnete wird nach neueren theoretischen Untersuchungen /8,9/ durch konzentrationsabhängige, effektive kritische Exponenten beschrieben. Dieses mit Hilfe der Renormalisierungsgruppenmethode gewonnene Ergebnis steht im Gegensatz zu der bisherigen Kenntnis über das quantitative Verhalten von kritischen Exponenten, wird jedoch durch einige experimentelle Werte gestützt. In der vorliegenden Arbeit wurde das kritische Verhalten der verdünnten antiferromagnetischen Substanz (Cr$_{x}$Al$_{1-x}$)$_{2}$O$_{3}$ mit zufallsverteilten lokalen magnetischen Momenten, ein Isingsystem, in einem Neutronenbeugungsexperiment gemessen und der kritische Exponent $\beta$ der Untergittermagnetisierung dieses Systems konzentrationsabhängig bestimmt. Dieses ist das erste und einzige Experiment, in dem systematisch ein kritischer Exponent in Abhängigkeit von der Verdünnung des Magneten untersucht wurde. Die Messungen wurden an fünf Proben mit unterschiedlicher Konzentration der magnetischen Cr$^{3+}$-Ionen durchgeführt. Alle Proben enthielten die für die Messung von kritischen Exponenten notwendige gleichmäßige Zufallsverteilung der magnetischen Cr$^{3+}$-Ionen. Dies wurde mit Hilfe von quantitativ ausgewertetenRöntgenbeugungsuntersuchungen sichergestellt. In dem Neutronenbeugungsexperiment wurde die Intensität des magnetischen Anteils des (012)Bragg-Reflexes temperaturabhängig gemessen und daraus eine der Untergittermagnetisierung proportionale Größe ermittelt, die Ordnungsparameter dieses Systems ist. In einem hierfür entwickelten Auswerteverfahren wurde schließlich aus der Temperaturabhängigkeit im kritischen Bereich der Untergittermagnetisierung der zugehörige Exponent $\beta$ ermittelt. Der kritische Exponent $\beta$ ist für diesen Magneten mit stark lokalisierten magnetischen Momenten in einem weiten Konzentrationsbereich zwischen der homogenen Substanz und einem Bereich, der etwa um 40% über der Konzentration der Perkolationsgrenze liegt, nahezu konzentrationsunabhängig. Bei weiter zunehmender Verdünnung der magnetischen Momente kann dagegen in der Nähe der Perkolationsgrenze ein Anwachsen des Exponenten $\beta$ außerhalb der experimentellen Fehlergrenzen beobachtet werden. Der größte experimentell beobachtete Wert von $\beta$ lag mit $\beta$ = (0.4075 $\pm$ 0.019) bei der Konzentration x=0.28 um etwa 35% über dem Wert $\beta$ = (0.3005 + 0.007) des homogenen Systems Cr$_{2}$O$_{3}$ und dem theoretischen Wert des Ising-Modells bei einem experimentellen Fehler von < 6.5%. Die Tendenz dieses Verlaufes läßt erwarten, daß in unmittelbarer Nähe der Perkolationsgrenze der von der erwähnten Theorie vorhergesagte Wert $\hat{\beta}$ = 0.5 erreicht werden kann. Dieses Ergebnis ist eine starke Stütze für die Annahme einer Konzentrationsabhängigkeit des kritischen Exponenten $\beta$. Die Konsequenz von Theorie und Experiment ist, daß das Universalitätsprinzipder kritischen Phänomene neu und das heißt schwächer formuliert werden muß.

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