分子基磁體作為一類廣闊的、正在興起的磁性材料擴展了和磁體有關的材料的特征，包括：低密度、透明性、電絕緣性、能低溫合成以及可以用其它因素控制其磁有序程度(如光敏性)。其中，由兩種磁性原子反鐵磁規(guī)則地交替排列而形成的亞鐵磁材料由于其存在補償溫度更是人們關注的焦點。補償溫度即為低于臨界溫度總磁矩消失的溫度。補償溫度在磁光記錄領域具有重要的應用。本文將討論兩類典型分子基磁體——AFeⅡFeⅢ(C2O4)3(A=N(n-CnH2n+1)4，n=3-5)和V(TCNE)x.y——的磁性質。理論上，混自旋Ising模型為分子基磁體展現(xiàn)亞鐵磁有序和存在補償溫度提供了一個簡單模型。在Ising模型中，自旋是個標量。但眾所周知，自旋是產(chǎn)生磁性的重要原因，它們是遵從量子力學行為的力學量，當磁性離子間存在反鐵磁耦合時，量子效應就非常重要了，系統(tǒng)的磁性行為要受到自旋量子漲落的影響。在考慮自旋量子效應的影響時就必須采用海森堡模型。雙時格林函數(shù)方法是在全溫區(qū)內給出系統(tǒng)熱力學性質合理結果的標準方法。 本文將利用雙時格林函數(shù)方法研究上述兩類分子基磁性材料的磁性質。我們將給出應用雙時格林函數(shù)方法研究亞鐵磁海森堡模型的理論體系和研究方法。重點討論亞鐵磁系統(tǒng)的格林函數(shù)理論，最近鄰耦合(層內耦合和層間耦合)、次近鄰耦合、磁晶各向異性和外場對系統(tǒng)磁矩、補償溫度和轉變溫度的影響。并與Ising系統(tǒng)的結果加以對比討論。 本文的研究工作主要包括三方面的內容：一是利用線性自旋波理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料的低溫磁性質；二是應用雙時格林函數(shù)技術研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料在全溫區(qū)的磁性質；三是應用雙時格林函數(shù)技術研究了V(TCNE)x.y類分子基磁性材料在全溫區(qū)的磁性質。 一、AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料的低溫磁性質 本文應用線性自旋波理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料的低溫磁性質。這類分子基磁體可用具有層間耦合的蜂窩狀晶格混自旋2和5/2的亞鐵磁海森堡模型來描寫。給出了系統(tǒng)的能譜、內能、比熱、基態(tài)和低溫磁矩。研究結果表明：系統(tǒng)的自旋波譜存在兩個分支。在無單離子各向異性時，這兩支能譜分別為聲頻支和光頻支；在存在單離子各向異性時，兩支頻譜皆為光頻支，兩支頻譜間形成一個能隙，且其中一支始終為負能譜。子晶格基態(tài)磁矩存在零點量子漲落，即在零溫下，系統(tǒng)子晶格磁矩小于其自旋量子數(shù)，這是系統(tǒng)內存在反鐵磁耦合作用的效果。子晶格內存在的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性作用具有增加系統(tǒng)長程序，增強系統(tǒng)磁矩穩(wěn)定性的作用，而熱力學漲落則破壞系統(tǒng)的長程序，系統(tǒng)的磁性行為就是這幾種作用競爭的結果。系統(tǒng)子晶格磁矩隨溫度升高而減小，而系統(tǒng)平均每格點比熱和內能則隨溫度升高而升高；隨著D1/J1和J2/J1的升高，子晶格磁矩增大，而比熱和內能則減小。 二、AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料的全溫區(qū)磁性質 本文應用雙時自旋格林函數(shù)理論研究了AFeⅡFeⅢ(C2O4)3類分子基磁性材料的全溫區(qū)磁性質。給出了應用雙時格林函數(shù)技術研究亞鐵磁海森堡模型的理論體系和研究方法。導出了系統(tǒng)的能譜、基態(tài)磁矩、有限溫度磁矩、有場磁矩、轉變溫度、補償溫度和初始磁化率的公式。研究結果表明：層間耦合作用、磁晶各向異性和外場對系統(tǒng)的能譜、磁矩、補償溫度和轉變溫度有重要的影響。子晶格中的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性都起到了增加其長程序，增強其子晶格磁矩穩(wěn)定性的作用；熱力學漲落削弱了系統(tǒng)的磁有序，起到了破壞系統(tǒng)子晶格磁矩的穩(wěn)定性的作用；縱向外場起到了在縱向穩(wěn)定系統(tǒng)磁矩的作用。系統(tǒng)的磁矩就是這幾種作用之間竟爭、聯(lián)合作用的效果。只有當自旋量子數(shù)較小的子晶格A的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性較大時，才能使子晶格A的磁矩衰減的程度慢于自旋量子數(shù)較大的子晶格B的磁矩衰減的程度，出現(xiàn)補償現(xiàn)象。隨著J1/J和D1/J的增加，系統(tǒng)的補償溫度TC降低而轉變溫度TN升高。而子晶格B的鐵磁性層間耦合和磁晶各向異性起到了穩(wěn)定其磁矩的作用，隨著J2/J和D2/J的增加，系統(tǒng)的補償溫度TC和轉變溫度TN都升高，達到一定程度時，就不會再出現(xiàn)補償現(xiàn)象，甚至會出現(xiàn)系統(tǒng)總磁矩大于兩子晶格自旋量子數(shù)差值的情況，這就是Neel所預言的P型磁矩曲線?？v向外場起到了增強系統(tǒng)在縱向磁矩的作用，隨著外場的增加，補償現(xiàn)象會消失。零溫下初始磁化率x∥等于零，隨著溫度的增加，初始磁化率先逐漸增加，達到某一溫度時，突然達到一個最大值，再減少到零，此最大值對應的溫度就是轉變溫度TN。這一溫度即為系統(tǒng)的二級相變點，系統(tǒng)由亞鐵磁相進入到順磁相。單離子各向異性作用越大，磁化率的峰值就越小，層間耦合也起到了同樣的作用。系統(tǒng)的二級相變點的溫度(即轉變溫度)隨D1/J的增大而增大。 三、V(TCNE)x.y類分子基磁性材料在全溫區(qū)的磁性質 本文應用雙時自旋格林函數(shù)理論研究了V(TCNE)x.y類分子基磁性材料在全溫區(qū)的磁性質。給出了系統(tǒng)的能譜、基態(tài)磁矩、有限溫度磁矩、有場磁矩、轉變溫度和補償溫度的公式。研究結果表明：自旋量子數(shù)較小的子晶格A內的鐵磁性次近鄰耦合J2/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩(wěn)定性的作用。在J1-J2-D2模型中，當J2≥J2min/｜J1｜時，系統(tǒng)產(chǎn)生補償現(xiàn)象，補償溫度TC并不隨J2/｜J1｜而變化，這一點與Ising模型蒙特卡羅模擬的結論相同。自旋量子數(shù)較大的子晶格B內的鐵磁性次近鄰耦合J3/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩(wěn)定性的作用。J3/｜J1增加，補償溫度TC和轉變溫度TN都將升高，且補償點將向相變點移動，當J3/｜J1｜≤J3max/｜J1｜時，兩點重合，補償現(xiàn)象消失。這一點與Ising模型蒙特卡羅模擬的結論不同，Ising模型蒙特卡羅模擬的結論說明，J3/｜J1｜只改變系統(tǒng)的補償溫度TC，并不改變其轉變溫度TN。子晶格B的磁晶各向異性作用D2/｜J1｜有增加其子晶格磁矩穩(wěn)定性的作用。補償溫度隨外磁場的增加而增加，直到補償點與相變點重合，只有在h/｜J1｜很小的區(qū)域，補償點才可能存在。Ising模型蒙特卡羅模擬的結論指出，有外場時，系統(tǒng)存在一級相變，而本文采用格林函數(shù)方法處理海森堡系統(tǒng)并沒有發(fā)現(xiàn)這一相變。