Работа по исследованию новых магнитных состояний в метаборате меди CuB₂O₄ вошла в важнейшие результаты научно-исследовательских работ Института.

Методом упругого рассеяния поляризованных нейтронов изучена структура магнитного состояния спиновой подсистемы метабората меди в несоизмеримом состоянии (Т<10 К). Установлено, что структура представляет собой спираль с магнитным моментом в базисной плоскости кристалла. Волновой вектор структуры непрерывно изменяется от 0 до q=(0, 0, 0.15) r.l.u. при понижении температуры до 12 К. Найдено, что только одна из двух спиновых подсистем полностью упорядочивается при наинизшей температуре. Методом антиферромагнитного резонанса установлена детальная диаграмма магнитного состояния в области температур ниже 2 К. Построена феноменологическая теория магнитного состояния метабората меди.

Методом упругого рассеяния нейтронов изучена магнитная структура нового оксида меди Cu₅Bi₂B₄O₁₄. Установлено, что магнитный порядок устанавливается при температуре 24.5 К. Предложена ферримагнитная структура этого кристалла, состоящая из двух неэквивалентных подрешеток, связанных антиферромагнитным обменным взаимодействием. Вектор антиферромагнетизма направлен по оси с этого триклинного кристалла.

Методом неупругого рассеяния нейтронов изучен спектр спиновых волн метабората меди в соизмеримом магнитном состоянии. Установлено наличие низкоэнергетической ветви спектра, связанной со слабой магнитной подсистемой. Построена линейная теория спектра спиновых волн, хорошо согласующаяся с экспериментом.

Проведены исследования магнитоэлектрических и гальваномагнитных свойств сульфидов Fe_XMn_1-XS (X=0.29) в диапазоне температур 77-300К в магнитных полях до 15 кЭ. Установлено, что при увеличении магнитного поля тип носителей заряда в образцах Х=0.29 в области колоссального отрицательного магнитосопротивления изменяется от р - типа в поле 5 и 10 кЭ до n - типа в поле 15 кЭ. Эксперимент показал, что аномальное уменьшение удельного электросопротивления и рост намагниченности при увеличении магнитного поля связаны с ростом концентрации носителей заряда.

Исследования электрических свойств моносульфида марганца, проведенные в разных кристаллографических плоскостях (111) и (100), позволили обнаружить анизотропию проводимости данного кристалла. Впервые обнаружено отрицательное магнитосопротивление в монокристалле α- MnS, которое наиболее ярко проявляется в плоскости (111) и составляет -12% в магнитном поле 10 кЭ при температуре ∼230К. Механизм спин - зависимого транспорта в - MnS объяснен в рамках s - d модели.

Синтезированы и исследованы структурные и электрические свойства сульфидов Co_XMn_1-XS (0Т<Х≤ 0.3). Согласно данным рентгеноструктурного анализа образцы имеют ГЦК решетку типа NaCl, характерную для α- MnS. Для твердых растворов с Х≤ 0.3 найден полупроводниковый тип проводимости с изменением удельного электросопротивления от 10¹⁰ Ом⋅см (Х=0) до 10⁵ Ом⋅ см (Х=0.3) при Т=80 К.

Рассчитан спектр спиновых волн несоизмеримой квазиодномерной магнитной структуры типа "обменная спираль", образованной конкуренцией антиферромагнитных обменных взаимодействий в первой и второй координационных сферах. Сравнение теоретического спектра с экспериментальным спектром спиновых возбуждений, полученным из неупругого рассеяния нейтронов на монокристалле метабората меди CuB₂O₄, позволил интерпретировать нижнюю ветвь спиновых возбуждений как квазиодномерные возбуждения несоизмеримой структуры с вектором k_o≈0.1 r.l.u . вдоль тетрагональной оси. Ионы Cu²⁺ одной из двух магнитных подсистем (слабой) расположены в кристалле CuB₂O₄ в виде набора зигзагообразных ладдерных цепочек вдоль тетрагональной оси и образуют несоизмеримую магнитную структуру с фрустрированными обменными взаимодействиями как с первой (сильной) подсистемой ионов меди так и между ладдерами. Из сравнения теоретического и экспериментального спектров определены значения анизотропных обменных взаимодействий в ладдерах для первой и второй координационных сфер.

Квантовым методом Монте-Карло исследуются термодинамические свойства и плотность одночастичных спиновых возбуждений в модели Гейзенберга со спинами S=1/2, взаимодействующими с акустическими фононами во внешнем магнитном поле (Н). В случае, когда ширина зоны акустических фононов (W_ph) меньше ширины зоны магнонных возбуждений (W_s), обнаружен триплетный спектр спиновых возбуждений с энергией щели (Δ), которая закрывается в критическом магнитном поле Δ=Н_с. В противоположном пределе W_ph>W_s найден фрактальный спектр спиновых возбуждений (спинонов с S=1/2) с энергией щели, схлопывающейся в магнитном поле Δ=(1/2) Н_с.

Выполнены исследования монокристаллов манганитов из семейства
(La_1-xEu_x)_0.7Pb_0.3MnO₃, которые подтверждают наличие электронного фазового расслоения в этих материалах. Магниторезонансные эксперименты выполнены с использованием как стандартной схемы спектрометра магнитного резонанса, так и спектрометра с перестраиваемой в диапазоне 37-80 ГГц частотой и импульсным магнитным полем. Кроме того, использован спектрометр с комбинированным воздействием СВЧ излучения и транспортного тока на образец. Неоднородное парамагнитно-ферромагнитное состояние, чувствительное к воздействию внешнего магнитного поля, наблюдается в том же температурном диапазоне, 0.65T_C — 1.15Т_C, где имеет место эффект колоссального магнитосопротивления. Поведение спектров магнитного резонанса при изменении температуры и частоты СВЧ излучения подтверждает, что реализуется сценарий фазового расслоения, и смешанное двухфазное состояние не связано с простой химической неоднородностью кристаллов. Изменения проводимости на постоянном токе, индуцированное магниторезонансным СВЧ поглощением, также наблюдается вблизи T_C. Изменения проводимости при магнитном резонансе не связаны с тривиальным нагревом исследуемых образцов. Предлагаетя механизм, связанный с изменением равновесных концентраций сосуществующих в образце фаз, в результате локального воздействия на одну из подсистем. Для анализа экспериментальных данных использовано приближение эффективной среды и упрощенная феноменологическая модель, которые качественно воспроизводят основные особенности поведения двухфазной системы при электронном фазовом расслоении.

Развит вероятностный подход к расшифровке сложных мессбауэровских спектров, как магнитных, так и парамагнитных. Методика позволяет оценить число неэквивалентных позиций и состояний мессбауэровских атомов в исследуемом веществе путем определения распределения вероятностей сверхтонких полей и квадрупольных расщеплений для различных валентных состояний ионов. Методика позволяет объективно сформировать модельный спектр для подгонки к экспериментальному. Развитая методика наиболее эффективна в исследовании аморфных, нанокристаллических и разбавленных материалов.

Методом эффекта Мессбауэра исследованы магнитные микросферы энергетических зол Экибастузских углей. Обнаружено, что микросферы содержат четыре кристаллографические фазы: нестехиометричный гематит α-Fe₂O₃, шпинель, сплав типа FeSi и ортосиликат. Основной фазой является нестехиометричный магнетит, замещенный алюминием, который и определяет магнитные свойства микросфер. Изучено состояние и состав магнетитовой фазы в зависимости от размера микросфер.

Работы выполнены при поддержке:

• Грантов РФФИ №№ 03-02-16701, 02-02-17224
• Гранта ККФН-РФФИ (Енисей) № 02-02-97702
• Программы Отделения физических наук РАН "Нейтронные исследования структуры вещества и фундаментальных свойств материи", проект - 2.2.5.1. "Нейтронографическое исследование кристаллической и магнитной структуры диэлектрических кристаллов"
• Программы Президиума РАН № 9 "Направленный синтез веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе", проект "Новые материалы для техники"
• Программы Отделения физических наук РАН "Новые материалы и структуры", проект - 2.2.6.1." Новые кристаллы и стекла с особыми диэлектрическими и магнитными свойствами - поиск, синтез, исследование"
• Гранта "Интеграция": проекты № Я0007/2302
• Междисциплинарного инеграционного проекта СО РАН № 88 "Поиск, синтез и исследование новых твердотельных материалов"
• Программы Отделения физических наук РАН " Спин-зависимые эффекты в твердых телах и спинтроника", проект 2.4.2. "Транспортные, резонансные и оптические свойства соединений и магнитных гетероструктур с гигантским магнитосопротивлением"
• Междисциплинарного инеграционного проекта СО РАН № 85 "Создание новых микросферических магнитных пористых материалов на основе микросфер энергетических зол"
• Междисциплинарного инеграционного проекта СО РАН № 94 "Молекулярные магнетики"

Лаборатория резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ