J. Phys. France 51, 1463-1477 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:0199000510130146300

Nuclear magnetic ordering in Ca(OH)2. II. Restricted trace approximation

G.D.F. van Velzen et W. Th. Wenckebach

Kamerlingh Onnes Laboratory P.O. Box 9504, 2300 RA Leiden The Netherlands

Abstract
The magnetic phases of the quasi two-dimensional proton spin system in Ca(OH)2 are studied using the restricted trace approximation. The results are used to describe the evolution of the nuclear spin system during the adiabatic demagnetization in the rotating frame (ADRF), which is used to cool this spin system. The case that the nuclear spin temperature is negative and the external magnetic field is oriented parallel to the crystalline c-axis is studied in detail. If the effective field is equal to zero, the ground state is found to be antiferromagnetic. However, during the ADRF one may pass through a ferromagnetic phase, explaining earlier experimental results.

Résumé
Les phases magnétiques du système quasi bi-dimensionnel des spins des protons dans (OH)2Ca sont étudiées en utilisant la méthode de la trace restreinte. Les résultats sont utilisés pour la description de l'évolution du système des spins nucléaires pendant une désaimantation adiabatique dans le référentiel tournant (DART) utilisée pour refroidir ce système de spins. Le cas où la température des spins nucléaires est négative et le champ magnétique extérieur est orienté parallèlement à l'axe c du cristal est étudié en détail. Pour des champs effectifs nuls on prévoit un état antiferromagnétique. Néanmoins, on trouve qu'il est possible qu'on passe par un état ferromagnétique pendant la DART, ce résultat expliquant les observations expérimentales antérieures.

PACS
7530K - Magnetic phase boundaries (including magnetic transitions, metamagnetism, etc.).
7525 - Spin arrangements in magnetically ordered materials (including neutron and spin-polarized electron studies, synchrotron-source x-ray scattering, etc.).
7550D - Nonmetallic ferromagnetic materials.
7550E - Antiferromagnetics.

Key words
antiferromagnetic properties of substances -- calcium compounds -- ferromagnetic properties of substances -- magnetic structure -- magnetic transitions