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Existenz von Spincluster weit oberhalb des kritischen Bereichs

Der theoretische Ausdruck für die Relaxationsrate tex2html_wrap_inline7959 des Myonenspins, umgeben von n Gd-Momenten, ist gegeben durch [Har 86]:


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mit den Kopplungsparametern a und A der dipolaren bzw. Fermi-Kontakt-Wechselwirkung und der Korrelationszeit tex2html_wrap_inline5765 bzw. Fluktuationsrate tex2html_wrap_inline8131 der Gd-Momente.

Im Bereich hoher Temperaturen ist die Korrelationszeit tex2html_wrap_inline5765 hauptsächlich durch die RKKY-Austausch-Wechselwirkung bestimmt und kann durch die Moriya-Näherung [Mor 56] freier, paramagnetischer Fluktuationen beschrieben werden.
Angewandt auf Gadolinium ergeben sich daraus folgende, theoretische Abschätzungen der Hochtemperatur-Grenzwerte von Korrelationszeit tex2html_wrap_inline5765 der Gd-Momente bzw. Relaxationsrate tex2html_wrap_inline7959 des Myonenspins:

  
Figure: Temperaturabhängigkeit der tex2html_wrap_inline5291SR elaxationsrate tex2html_wrap_inline8141 in paramagnetischem, polykristallinem Gadolinium in einem Transversalfeld tex2html_wrap_inline7901 mT [Kar 90a].
Die eingezeichnete Linie stellt den theoretisch zu erwartenden Hochtemperatur-Grenzwert tex2html_wrap_inline8145 dar, bei Relaxation unkorrelierter Gd-Spins durch reine Austausch-Wechselwirkung.

  
Figure: Temperaturabhängigkeit der tex2html_wrap_inline5291SR elaxationsrate tex2html_wrap_inline8149 in paramagnetischem, polykristallinem Gadolinium im äußeren Transversalfeld tex2html_wrap_inline8023 mT in doppelt-logarithmischem Maßstab [Wäc 86]. Die Steigung der eingezeichneten Geraden entspricht in diesem Maßstab dem dynamischen Exponenten w und liefert: tex2html_wrap_inline8155.


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Extrapoliert man das kritische Verhalten der Korrelationslänge tex2html_wrap_inline8161 mit tex2html_wrap_inline8163 (Heisenberg-Modell isotroper Austausch-Wechselwirkung) auf den Bereich hoher Temperaturen, so kommt die Korrelationslänge tex2html_wrap_inline7579 für tex2html_wrap_inline8167 in den Bereich des zwischenatomaren Abstands in Gadolinium. Oberhalb dieser Temperaturen sollten deshalb keine Spin-Cluster oder Spinwellen-Anregungen existieren und tex2html_wrap_inline5765 bzw. tex2html_wrap_inline7959 die oben aufgeführten Hochtemperatur-Grenzwerte erreichen.

Der experimentell bestimmte Grenzwert tex2html_wrap_inline8173 liegt jedoch selbst für Temperaturen tex2html_wrap_inline8175 deutlich über dem theoretischen Wert (siehe Abb. gif):


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Dies deutet auf die anhaltende Existenz von Spinkorrelationen in Gadolinium selbst für hohe Temperaturen, weit entfernt des kritischen Bereichs hin und ist in Übereinstimmung mit Neutronenstreu-Experimenten von Cable et al. [Cab 89], die Spinwellen-Anregungen bis zu T = 850 K nachweisen konnten. Aus der dabei gemessenen Linienbreite ergab sich eine Korrelationszeit im Bereich tex2html_wrap_inline8181s.

Eine eingehendere Behandlung dieser ausgedehnter, magnetisch korrelierter Bereiche weit oberhalb des kritischen Bereichs findet sich in [Kar 90a], eine mögliche Interpretation auf der Basis kohärenter, dissipativer Strukturen in [Kar 90b].


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ernst schreier
Fri Mar 14 11:46:58 MET 1997