2DXY Fe/W(001) 超薄膜中的有限尺寸 Kosterlitz-Thouless 相变

对 3-4 ML Fe/W(001) 铁磁薄膜的磁化率测量表明，这是一个 2DXY 系统，其中发生了有限尺寸 Kosterlitz-Thouless（KT）相变。薄膜在超高真空中生长，并利用磁光克尔效应（MOKE）测量其磁响应。对许多独立生长薄膜的分析表明，磁化率的顺磁尾由 \chi(T) \sim \exp \bigr{(}B/(T/T_{KT}-1)^a\bigl{)} 描述，其中 $a=0.50\pm0.03$ 且 $B=3.48\pm0.16$，与 KT 理论定量相符。在有限尺寸转变温度 $T_C(L)$ 以下，其行为因耗散（可能与四重各向异性和磁畴的重新出现有关）而变得复杂。一组耗散极小的测量最接近理论所处理的理想化系统。在其中，拟合的 Kosterlitz-Thouless 转变温度与有限尺寸转变温度之间的温度间隔为 $T_C(L)/T_{KT} -1=0.065\pm0.016$。这给出了对薄膜产生影响的有限尺寸 $L$ 约为微米量级的估计。这为即便涡旋-反涡旋气体的介观限制也会在 KT 相变处导致显著的有限尺寸效应这一想法提供了实验支持。相比之下，将顺磁尾拟合为适用于二级临界相变的幂律则得不到合理结果。有效临界指数 $\gamma_{eff} \approx 3.7 \pm 0.7$ 不对应于任何已知的普适类，且拟合的转变温度远低于磁化率峰值，不合理。