Monte Carlo study of compensation and critical temperatures in ferrimagnetic mixed Ising systems

Abstract

Bu tez kapsamında, üç farklı karma spin Ising modeli Monte Carlo simülasyon yöntemi kullanılarak çalışılmıştır. Gerçek ferrimanyetikler oldukça kompleks bir yapıya sahip oldukları için karma spin Ising modelleri ferrimanyetik davranışı karakterize edebilen basit bir model olarak kullanılmaktadır. Kayıt cihazları gibi önemli saısız teknolojik uygulamalarından dolayı manyetik malzemeler hayatımızın önemli bir parçasıdır. Özellikle ferrimanyetizma, manyeto-optik kayıtçıların ardındaki fizikte bir anahtar rol oynamaktadır. Bundan dolayı, bu tez kapsamında üç farklı karma Ising modelçalışılmıştır. İlk çalışmada, iki boyutlu bir karma spin-1/2 ve spin-1 sisteminin karşılama ve kritik sıcaklıklarının konum seyreltmeye bağlılığı çalışılmıştır. Termal ve manyetik davranışların karma spin sisteminin seyreltilmesine bağlılığı tartışılmıştır. Seyreltilmiş karma spin sistemininin karşılama ve kritik sıcaklıklarının konum seyreltme sayısının artışı ile doğrusal olarak azaldığı gösterilmiştir. İkinci çalışmada, üç farklı SA=3/2, SB=1 ve SC=5/2 Ising spininden oluşan ABpC1-p karma ferro-ferrimanyetik ternary alaşımının karşılama sıcaklığı A iyonları arasında ikinci en yakın komşu etkileşmesi JAA nın varlığında çalışılmıştır. Buradaki örgü kübik örgüdür ve spin değerleri (NipIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6].nH2O tipi Prussian blue analoga uygun olarak seçilmiştir. Burada etkileşme parametresi R ve konsantrasyon p değiştirilerek ilginç özellikler elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonucu uygun R, p ve JAA parametreleriyle sistemin çoklu- karşılama davranışına sahip olduğunu göstermiştir. Üçüncü çalışmada, tek-iyon anizotropisinin üç farklı SA=3/2, SB=2 ve SC=5/2 Ising spininden oluşan (FepIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6].nH2O tipi Prussian blue analogun manyetik özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Sistemin kritik sıcaklığı Tc nin etkileşme oranı R ve karışım oranı p değerine bağlılığının doğrusal olarak değiştiği bulunmuştur. Ayrıca, kritik etkileşme oranı R nin D değerinin artışıyla azaldığı görülmüştür. Başka bir deyişle, modelin kritik ve karşılama sıcaklıklarının D değerinin artışıyla yavaşça arttığı gösterilmiştir. Ek olarak, manyetik kutup terslenmesinin görülebileceği ve karşılama sıcaklığı Tcomp' un artan dış manyetik alan değerinin artışıyla azaldığı gösterilmiştir. Sonuç olarak, (FepIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6].nH2O tipi Prussian blue analogun kritik ve karşılama sıcaklıklarını düzenşemek için, tek-iyon anizotropisinin de karışım oranı p gibi bir kontrol parametresi olarak kullanılabileceği gösterildi. In this thesis, three different mixed Ising model is studied by using Monte Carlo simulation method. Since real ferrimagnets have fairly complicated structures, mixed Ising spin models have been used as simple systems that can characterize ferrimagnetic behavior. Magnetic materials have been a very important part of our lives due to numerous technological applications such as memory devices. Especially, ferrimagnetism plays a key role in the physics behind magneto-optical recording. Therefore, in this thesis, three different mixed Ising model have been examined. In the first study, dependence on site dilution of critical and compensation temperatures of a two dimensional mixed spin-1/2 and spin-1 system has been investigated. The dependence of the thermal and magnetic behaviors on dilution of mixed spin system have been discussed. The results of this study show that dilution plays a significant role on the critical and compensation points of a two dimensional mixed spin-1/2 and spin-1 system. It has been shown that the critical and compensation temperatures of diluted mixed spin system linearly decrease with increasing number of diluted sites. Results of this study indicate that the compensation temperature of the real ferrimagnetic spin systems can be changed by diluting the lattice with non-magnetic atoms, in order to obtain desired compensation temperature. In the second study, the compensation temperature of the mixed ferro-ferrimagnetic ABpC1-p ternary alloy composed of three different Ising spins SA=3/2, SB=1 and SC=5/2 in the presence of next nearest neighbor interaction JAA between A ions is studied in cubic lattice whose spin values corresponding to the Prussian blue analog of the type (NipIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6].nH2O (Okhoshi et al., 1997a). By changing concentration p and interaction parameter R, we obtain interesting properties of ferro-ferrimagnetic ternary compound. Results of in this work show that the system has multi-compensation behavior with suitable R, p and JAA parameters. In the third study, it has been investigated the effects of single-ion anisotropy on magnetic properties of three dimensional mixed ferro-ferrimagnetic model consisting of three different Ising spins SA=3/2, SB=2 and SC=5/2 which corresponds to Prussian blue analog (FepIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6]nH2O (Okhoshi et al., 1997a). It have been found that the critical temperature Tc of this system linearly changes dependent upon the interaction ratio R for any mixing ratio p value, and critical interaction Rc decreases for increasing D values. In addition, we have demonstrated that the magnetic pole inversion can appear and compensation temperature Tcomp decreases for increasing external magnetic field dependent upon some values of the Hamiltonian parameters. As a result, we state that single-ion anisotropy can be used as a control parameter like mixing rate p to arrange the critical and compensation temperature of the Prussian blue analog (FepIIMn1-pII)1.5[CrIII(CN)6].nH2O.