Orbital representation of the superexchange coupling constant
Description
The key purpose of the applied research project is to explore and to understand in more detail the connection between geometrical structure and magnetic properties (magneto-structural correlations) in magnetic insulators beyond the known phenomenological rules. Due to the size of the experimentally investigated real systems and the complex nature of the magnetic interactions, representative classes of relatively simple model systems have to be selected for detailed investigations of the magnetic interactions between the spins in exchange coupled systems. Two different though complementary methodological approaches will be pursued. On one side, numerical electronic structure calculations will be performed on the basis of the local spin density approximation in combination with the broken symmetry formalism for calculating the magnetic coupling constants J. On the other side, the derivation of an analytical formula for J will be attempted that is based on well defined model assumptions and basis sets. The results for J will then be compared with the respective numerical calculations. It is strongly expected that such a strategy will lead to a substantial improvement in understanding magnetic interactions in more complex non-metallic systems. Starting point will be the one-centre representation of the monomer problem as developed in my M.Sc. thesis. In analogy to this solution of the monomer problem, a basis set of magnetic orbitals will be constructed that are fully orthogonalized to all of the valence orbitals of the dimer. The final expression for J will be an explicit function of the geometrical parameters (bond distances, bond angles) and will enable to isolate the significant parameters determining sign and size of J, and thus, to establish the desired magneto-structural correlations. Such a theoretical model for J of general applicability may not only serve for an improved understanding of known systems, but may also enable the design of magnetic materials with desired properties. (author)
Availability note (English)
Available from Salzburg University Library, Hofstallgasse 2-4, 5020 Salzburg (AT)Abstract (German)
Das zentrale Ziel dieses Projekts ist eine detaillierte Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den strukturellen und magnetischen Eigenschaften magnetischer Isolatoren, die ueber die bisher bekannten phaenomenologischen Regeln hinausgeht. In Anbetracht der Groesse der experimentell untersuchten natuerlichen Systeme sowie der komplexen Natur der magnetischen Wechselwirkungen sind moeglichst einfache, aber gleichzeitig repraesentative Modellsysteme auszuwaehlen, an denen das systematische Studium der magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Spins in austausch-gekoppelten Systemen erfolgen kann. Dazu werden zwei komplementaere methodologische Ansaetze verwendet. Einerseits werden numerische Elektronenstruktur-Rechnungen auf der Basis der lokalen Spin-Dichte Naeherung in Kombination mit dem 'Broken Symmetry;-Formalismus fuer die Berechnung der magnetischen Kopplungskonstanten J durchgefuehrt. Andererseits soll eine analytische Formel fuer J hergeleitet werden, die auf wohl definierten Modellannahmen und Basissaetzen beruht. Die Ergebnisse fuer J werden dann mit den entsprechenden numerischen Rechnungen verglichen. Es ist davon auszugehen, dass diese Strategie zu einer grundlegenden Verbesserung des Verstaendnisses magnetischer Wechselwirkungen in komplexen, nichtmetallischen Systemen fuehrt. Den Ausgangspunkt dieser Untersuchungen stellt die Einzentrums-Darstellung des Monomer-Problems dar, die in meiner Magisterarbeit entwickelt wurde. In Analogie zur Loesung des Monomer-Problems soll ein Basissatz magnetischer Orbitale konstruiert werden, die zu den Valenzorbitalen des Dimers vollstaendig orthogonalisiert sind. Der daraus gewonnene Ausdruck fuer J wird eine explizite Funktion der wesentlichen geometrischen Parameter (Bindungsabstaende, Bindungswinkel) sein. Dieser Ausdruck ermoeglicht somit die Bestimmung der entscheidenden Faktoren, die das Vorzeichen und die Groesse von J festlegen und beschreibt somit die interessierenden Zusammenhaenge zwischen geometrischer Struktur und Magnetismus. Dieser theoretische, allgemein gueltige Ausdruck fuer J soll nicht nur dazu dienen, bereits bekannte Systeme besser zu verstehen, sondern auch die Entwicklung magnetischer Materialien mit gewuenschten Eigenschaften ermoeglichen. (author)Additional details
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 147 p.
INIS
- Country of Publication
- Austria
- Country of Input or Organization
- Austria
- INIS RN
- 44032630
- Subject category
- S36: MATERIALS SCIENCE;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- BOND ANGLE; BOND LENGTHS; COUPLING CONSTANTS; ELECTRONIC STRUCTURE; INTERACTIONS; MAGNETIC MATERIALS; MAGNETIC PROPERTIES; SPIN; SYMMETRY BREAKING
- Descriptors DEC
- ANGULAR MOMENTUM; DIMENSIONS; LENGTH; MATERIALS; PARTICLE PROPERTIES; PHYSICAL PROPERTIES