Spin dynamics in molecule-based magnetics

Abstract

The recent studies on the organic molecule-based magnetism and magnetics have been outlined. It was pointed out that the quantum nature inherent in the isotropic exchange interactions in the organic materials is of crucial importance in organic magnetics. A novel spin-cluster appearing at lattice defects of the organic crystals has been examined by means of numerical diagonalization of a spin-1/2 Heisenberg Hamiltonian. The Hamiltonian has been given for the two-dimensional exchange-coupled spin systems. Schematic drawing of the Heisenberg spin Hamiltonian was shown in a figure. And, the two-dimensional configuration of centro-symmetric dimers of the molecules and the appearing of edge dislocation were discussed. The spin state energies and temperature dependence of magnetic susceptibility were calculated by exact numerical diagonalization of the Hamiltonian. The calculated product of susceptibility and temperature for the lattice-size of 4 x 4 spin-1/2 sites was plotted against the reduced temperature in a figure. The lattice was found to have two dangling spins. It was suggested that a high-spin cluster with S = N/2 appears in the 2-d system with N of dangling spins. An evidence in qualitative support of the formation of the high-spin cluster has been discussed in connection with the magnetic anisotropy and spin-spin correlation.

有機分子系磁性および磁気学の最近の研究を要約した。有機物中の等方性交換相互作用における特有の量子的性質が有機磁気学において極めて重要なものであることを指摘した。有機結晶の格子欠陥付近に出現する新たなスピンクラスタをスピン-1/2ハイゼンベルク・ハミルトニアンの数値対角化を用いて調べた。交換結合した2次元スピン系に対するハミルトニアンを記述した。ハイゼンベルクスピン・ハミルトニアンの概略図を示した。また、分子の中心対称2量体の2次元配置および刃状転位の出現について論じた。スピン状態エネルギーおよび磁化率の温度依存性を、ハミルトニアンの数値厳密対角化を使って計算した。4×4スピン-1/2サイトの格子サイズについて、磁化率と温度の計算結果を換算温度に対してプロットし図示した。格子が2個のダングリングスピンを持っていることが分かった。S=N/2の高スピンクラスタがN個のダングリングスピンをもつ2-d系に出現することを示唆した。高スピンクラスタの形成を定量的に裏付ける証拠について、磁気異方性とスピン-スピン相関と関連して論じた。