DOI: 10.1051/jp1:1995142
J. Phys. I France 5 (1995) 485-499

Thermodynamics of Alternating Quantum-Classical Spin Chains Showing Isotropic Nearest Neighbor Couplings

Jacques Curély¹ and Roland Georges<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Cristallographie et de Physique Cristalline, Université de Bordeaux I, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France
²  Laboratoire de Chimie du Solide, Université de Bordeaux I, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France

(Received 15 November 1994, accepted 19 December 1994)

Abstract
We propose a general treatment for solving the case of ferrimagnetic chains made up of two sublattices (S,s) and characterized by isotropic couplings between nearest neighbors, as well as two exchange parameters. Therefore, two cases of physical interest are examined: i) the chains are exclusively composed of ferromagnetic or antiferromagnetic couplings; ii) the chains show a regular alternation of these two types of couplings. Closed-form expressions of the zero-field partition function, the spin-spin correlations, as well as the susceptibility, are given. The low-temperature behavior of the susceptibility is studied by means of the correlation length. In particular, in the magnetic moment compensation, we show that this behavior is mainly described by the competition between the divergence of the correlation length and the evanescence of the magnetic moment per unit cell. Finally we recall an experimental test which has initiated this theoretical model: it concerns the compound MnCu(obp)(H ₂O) ₃.H ₂O [where obp=oxamidobis(propionato)].

Résumé
Un traitement général est proposé pour résoudre le problème des chaînes ferrimagnétiques constituées de deux sous-réseaux (S,s) et caractérisées par des couplages isotropes entre premiers voisins ainsi que deux paramètres d'échange. En conséquence, deux cas physiques intéressants sont examinés : i) les chaînes sont exclusivement composées de couplages ferromagnétiques ou antiferromagnétiques ; ii) les chaînes présentent une alternance régulière de ces deux types de couplages. Des expressions littérales sont données pour la fonction de partition en champ nul, les corrélations spin-spin ainsi que la susceptibilité. Le comportement basse température de la susceptibilité est étudié au moyen de la longueur de corrélation. En particulier, dans le cas de la compensation des moments magnétiques, il est montré que ce comportement est principalement décrit par la compétition entre la divergence de la longueur de corrélation et l'annulation du moment magnétique de la cellule élémentaire. Pour finir, nous rappelons un test expérimental qui a initié ce modèle théorique : il concerne le composé MnCu(obp)(H ₂O) ₃.H ₂O [où obp=oxamidobis(propionato)].

© Les Editions de Physique 1995