Abstract
The reversal of the magnetization of crystals of molecular magnets that have a large spin and high anisotropy barrier generally proceeds below the blocking temperature by quantum tunneling. This is manifested as a series of controlled steps in the hysteresis loops at resonant values of the magnetic field where energy levels on opposite sides of the barrier cross. An abrupt reversal of the magnetic moment of the entire crystal can occur instead by a process commonly referred to as a magnetic avalanche, where the molecular spins reverse along a deflagration front that travels through the sample at subsonic speed. In this chapter, we review experimental results obtained to date for magnetic deflagration in molecular nanomagnets.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Notes
- 1.
As is true for the determination of blocking temperatures, the position of the dashed line depends on the typical experimental time scale.
- 2.
Experimental evidence of such inhomogeneous states has been obtained by local measurements in Mn12-ac that show oscillating magnetization near a tunneling resonance; see [40].
References
C. Paulsen, J.G. Park, in Quantum Tunneling of Magnetization—QTM’94, ed. by L. Gunther, B. Barbara (Kluwer, Dordrecht, 1995), pp. 189–207
R. Sessoli, D. Gatteschi, A. Caneschi, M.A. Novak, Nature (London) 365, 141 (1993)
J.R. Friedman, M.P. Sarachik, J. Tejada, R. Ziolo, Phys. Rev. Lett. 76, 3830 (1996)
J.M. Hernandez, X.X. Zhang, F. Luis, J. Bartholome, J. Tejada, R. Ziolo, Europhys. Lett. 35, 301 (1996)
J.M. Hernandez, X.X. Zhang, F. Luis, J. Tejada, J.R. Friedman, M.P. Sarachik, R. Ziolo, Phys. Rev. B 55, 5858 (1997)
B. Barbara, L. Thomas, F. Lionti, I. Chiorescu, A. Sulpice, J. Magn. Magn. Mater. 200, 167–181 (1999)
J.R. Friedman, in Exploring the Quantum/Classical Frontier: Recent Advances in Macroscopic Quantum Phenomena, ed. by J.R. Friedman, S. Han (Nova Science, Hauppauge, 2002), pp. 219–249
K.M. Mertes, Y. Suzuki, M.P. Sarachik, Y. Myasoedov, H. Shtrikman, E. Zeldov, E.M. Rumberger, D.N. Hendrickson, G. Christou, Solid State Commun. 127, 131–139 (2003)
D. Gatteschi, R. Sessoli, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 42, 268 (2003)
D. Gatteschi, R. Sessoli, J. Villain, Molecular Nanomagnets (Oxford University Press, London, 2006)
B. Barbara, Inorg. Chim. Acta 361, 3371–3379 (2008)
R. Bagai, G. Christou, Chem. Soc. Rev. 38, 1011 (2009)
J.R. Friedman, M.P. Sarachik, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 1, 109–128 (2010)
Y. Suzuki, M.P. Sarachik, E.M. Chudnovsky, S. McHugh, R. Gonzalez-Rubio, N. Avraham, Y. Myasoedov, E. Zeldov, H. Shtrikman, N.E. Chakov, G. Christou, Phys. Rev. Lett. 95, 147201 (2005)
L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Fluid Dynamics (Pergamon, Elmsford, 1987)
D.A. Garanin, E.M. Chudnovsky, Phys. Rev. B 76, 054410 (2007)
D.A. Garanin, E.M. Chudnovsky, Phys. Rev. Lett. 102, 097206 (2009)
D.A. Garanin, Phys. Rev. B 80, 014406 (2009)
D.A. Garanin, R. Jaafar, Phys. Rev. B 81, 180401 (2010)
D.A. Garanin, S. Shoyeb, Phys. Rev. B 85, 094403 (2012)
F. Macià , J.M. Hernandez, J. Tejada, S. Datta, S. Hill, C. Lampropoulos, G. Christou, Phys. Rev. B 79, 092403 (2009)
S. McHugh, R. Jaafar, M.P. Sarachik, Y. Myasoedov, A. Finkler, H. Shtrikman, E. Zeldov, R. Bagai, G. Christou, Phys. Rev. B 76, 172410 (2007)
A. Hernández-MÃnguez, J.M. Hernández, F. Macià , A. GarcÃa-Santiago, J. Tejada, P.V. Santos, Phys. Rev. Lett. 95, 217205 (2005)
P. Subedi, S. Vélez, F. Macià , S. Li, M.P. Sarachik, J. Tejada, S. Mukherjee, G. Christou, A.D. Kent, Phys. Rev. Lett. 110, 207203 (2013)
A. Caneschi, T. Ohm, C. Paulsen, D. Royal, C. Sangregorio, R. Sessoli, J. Magn. Magn. Mater. 177, 1330 (1998)
Z. Sun, D. Ruiz, N.R. Dilley, M. Soler, J. Ribas, K. Folting, M.B. Maple, G. Christou, D.N. Hendrickson, Chem. Commun. 19, 1973 (1999)
W. Wernsdorfer, R. Sessoli, D. Gatteschi, Europhys. Lett. 47, 254 (1999)
S. McHugh, R. Jaafar, M.P. Sarachik, Y. Myasoedov, A. Finkler, E. Zeldov, R. Bagai, G. Christou, Phys. Rev. B 80, 024403 (2009)
A. Hernández-MÃnguez, F. Macià , J.M. Hernández, J. Tejada, P.V. Santos, J. Magn. Magn. Mater. 320, 1457 (2008)
S. McHugh, Thesis, CUNY (2009)
S. McHugh, B. Wen, X. Ma, M.P. Sarachik, Y. Myasoedov, E. Zeldov, R. Bagai, G. Christou, Phys. Rev. B 79, 174413 (2009)
C. Enss, S. Hunklinger, Low-temperature Physics (Springer, Berlin, 2005)
F. Luis, J. Campo, J. Gómez, G.J. McIntyre, J. Luzón, D. Ruiz-Molina, Phys. Rev. Lett. 95, 227202 (2005)
B. Wen, P. Subedi, L. Bo, Y. Yeshurun, M.P. Sarachik, A.D. Kent, A.J. Millis, C. Lampropoupos, G. Christou, Phys. Rev. B 82, 014406 (2010)
A. Morello, F.L. Mettes, F. Luis, J.F. Fernández, J. Krzystek, G. AromÃ, G. Christou, L.J. de Jongh, Phys. Rev. Lett. 90, 017206 (2003)
M. Evangelisti, A. Candini, A. Ghirri, M. Affronte, G.W. Powell, I.A. Gass, P.A. wood, S. Parsons, E.K. Brechin, D. Cllison, S.L. Leath, Phys. Rev. Lett. 97, 167202 (2006)
E. BurzurÃ, F. Luis, B. Barbara, R. Ballou, E. Ressouche, O. Montero, J. Campo, S. Maegawa, Phys. Rev. Lett. 107, 097203 (2011)
D.A. Garanin, Eur. Phys. J. B 85, 107 (2012)
J. Liu, B. Wu, L. Fur, B. Diener, Q. Niu, Phys. Rev. B 65, 224401 (2002)
N. Avraham, A. Stern, Y. Suzuki, K.M. Mertes, M.P. Sarachik, E. Zeldov, Y. Myasoedov, H. Shtrikman, E.M. Rumberger, D.N. Hendrickson, N.E. Chakov, G. Christou, Phys. Rev. B 72, 144428 (2005)
E.M. Chudnovsky, D.M. Garanin, Phys. Rev. Lett. 89, 157201 (2002)
C.L. Joseph, C. Calero, E.M. Chudnovsky, Phys. Rev. B 70, 174416 (2004)
V.K. Henner, I.V. Kaganov, Phys. Rev. B 68, 144420 (2003)
V.I. Yukalov, Laser Phys. Lett. 2, 356 (2005)
V.I. Yukalov, E.P. Yukalova, Europhys. Lett. 70, 306 (2005)
M.G. Benedict, P. Foldi, F.M. Peeters, Phys. Rev. B 72, 214430 (2005)
I.D. Tokman, V.I. Pozdnjakova, G.A. Vugalter, A.V. Shvetsov, Phys. Rev. B 77, 094414 (2008)
J. Tejada, R. Amigo, J.M. Hernández, E.M. Chudnovsky, Phys. Rev. B 66, 014431 (2003)
M. Bal, J.R. Friedman, K.M. Mertes, W. Chen, E.M. Rumberger, D.N. Hendrickson, N. Avraham, Y. Myasoedov, H. Shtrikman, E. Zeldov, Phys. Rev. B 70, 140403 (2004)
J. Tejada, E.M. Chudnovsky, J.M. Hernández, R. Amigo, Appl. Phys. Lett. 84, 2373 (2004)
A. Hernández-MÃnguez, M. Jordi, R. Amigo, A. GarcÃa-Santiago, J.M. Hernández, J. Tejada, Europhys. Lett. 69, 270 (2005)
M. Bal, J.R. Friedman, W. Chen, M. Tuominen, C.C. Beedle, E.M. Rumberger, D.N. Hendrickson, Europhys. Lett. 82, 17005 (2008)
O. Shafir, A. Keren, Phys. Rev. B 79, 180404 (2009)
M. Modestov, V. Bychkov, M. Marklund, Phys. Rev. Lett. 107, 207208 (2011)
W. Decelle, J. Vanacken, V.V. Moshchalkov, J. Tejada, J.M. Hernández, F. Macià , Phys. Rev. Lett. 102, 027203 (2009)
Acknowledgements
The author thanks the students whose experiments made this review possible, most particularly Yoko Suzuki and Sean McHugh; and Eugene Chudnovsky and Dmitry Garanin for their careful reading of this manuscript. Support was provided by NSF Grant No. DMR-00451605.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2014 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
About this chapter
Cite this chapter
Sarachik, M.P. (2014). Magnetic Avalanches in Molecular Magnets. In: Bartolomé, J., Luis, F., Fernández, J. (eds) Molecular Magnets. NanoScience and Technology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-40609-6_5
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40609-6_5
Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-642-40608-9
Online ISBN: 978-3-642-40609-6
eBook Packages: Physics and AstronomyPhysics and Astronomy (R0)