Отзыв ведущей организации (Магнитные фазовые диаграммы и спиновая динамика квазидвумерных магнетиков)

«Утверждаю» Проректор по науке ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого П а Б,Н. Ельцина» Кружаев езидент 'ещ~» !,;„4 : »з 201б г. ОТЗЫВ ведущей организации на диссертацию Зверевой Елены Алексеевны «Магнитные фазовые диаграммы и спиновая динамика квазидвумерных магнетиков», представленную на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.09 — физика низких температур. научным исследованием, написана литературно грамотным языком, и отличается ясностью и 1 Диссертационная работа Зверевой Е.А. посвящена установлению квантовых основных состояний и определению влияния размерности на спиновую динамику новых квазидвумерпых неорганических магнетиков с различной геометрией магнитных решеток, включая решетки типа пчелиных сот, треугольные решетки, решетки кагоме, алмазную решетку, страйп структуры и др.

Исследования низкоразмерных магнетиков вызывают в настоящее время значительный фундаментальный интерес как полигон для экспериментальной проверки целого ряда новейших теоретических концепций физики конденсированного состояния, т.к. в низкоразмерных магнетиках квантовая суть материи проявляется наиболее ярко. Благодаря достигнутым в наши дни замечательным успехам в области синтеза и роста кристаллов, двумерные ~или квазидвумерные) системы представлены в семействе низкоразмерных магнетиков особенно широко. При этом в двумерии влияние анизотропии и фрустрации существенно возрастает, что значительно усложняет механизмы достижения основного квантового состояния и увеличивает многообразие фаз на магнитной фазовой диаграмме. Несмотря на отдельные экспериментально обнаруженные подтверждения формирования неклассических состояний в магнетиках, принципы их реализации остаются слабоизученными, поэтому поиск и исследование новых объектов, которые могли бы стать кандидатами на изучение нового круга явлений в физике магнетизма представляется актуальнейшей задачей.

Диссертационная работа Зверевой Е.А. является оригинальным и законченным четкостью изложения. Работа носит системный характер, выполнена на высоком экспериментальном уровне, с привлечением разноооразных взаимно дополняющих друг друга методов исследования. Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы задачи исследований, и дан анализ научной новизны исследований, положенных в основу диссертационной работы. Основной целью работы является установление квантовых основных состояний и определение влияния размерности на спиновую динамику новых металлооксидных соединений с 30 переходными металлами с различной геометрией магнитных решеток. Для достижения поставленной в работе цели решались следующие задачи: - поиск новых квазидвумерных магнетиков с различной геометрией магнитной подсистемы, - установление магнитных и тепловых характеристик в широких диапазонах магнитных полей и температур, - установление температур структурных и магнитных фазовых переходов, - построение магнитных фазовых диаграмм, - определение основных спин-динамических параметров в широком интервале температур, - определение параметров обменных взаимодействий и механизмов упорядочения, - установление квантовых основных состояний.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы по основным классам квазидвумерных магнетиков с различной геометрией обменных связей, включая квадратную и треугольную решетки, решетки типа пчелиных сот, кагоме н др. Приведено описание их основных термодинамических свойств и магнитных фазовых диаграмм. Рассмотрены актуальные теоретические модели формирования основных квантовых состояний.

Обсуждается влияние фрустрации и анизотропии на особенности формирования различных магнитных фаз. Описаны особенности спиновой динамики в квазидвумерных магнетиках. Во второй главе приводится описание экспериментальных методик и математического анализа, использованных в работе, Основными инструментами экспериментального исследования стали измерения термодинамических характеристик— теплоемкости и намагниченности в широких интервалах магнитных полей и температур и исследование спин-динамических параметров магнитной подсистемы методом электронного парамагнитного резонанса. В этой же главе приведены основные представления о других экспериментальных методиках, использованных для установления квантовых основных состояний исследованных объектов.

Третья глава диссертации содержит описание результатов исследований статических и динамических магнитных свойств, квантовых основных состояний и магнитных фазовых диаграмм для ряда новых квазидвузиерных сложных оксидов щелочных и 3д переходных металлов с магнитными решетками типа пчелиных сот. Нетривиальное квантовое основное состояние — антнферромагнитное типа зигзаг — было обнаружено в слоистых антимонатах никеля АзМзЯЬОь (А =- 1.1, Ха) со спин-конфигурационной моделью слабовзаимодействующих плоскостей из ферромагнитных зигзагообразных цепочек, связанных антиферромагнитно.

В структурно родственных квазидвумерных антимонагах кобальта при этом, магнитная структура оказывается еще более сложной: зигзагообразный антиферромагнитный порядок в МазСо2БЬ06 - некомпланарный и представляет собой суперпозицню коллинеарной в общем направлении с длиннопериодной синусоидальной структурой. А в делафоссите АязСо БЬ06 обнаруживается выраженная иерархия обменов между ближайшими соседями в магнитоактивном слое, наведенная особенностями орбитальной структуры взаимодействукшшх ионов кобальта в ячейке типа пчелиные соты. Кроме того, в третьей главе описаны результаты исследований двух слоистых магнетиков КзМпз(УО~)2(СОз) и ХазМ1з(ОНЦР04)з, в которых присутствуют как геометрические мотивы типа пчелиных сот, так и подсистемы, базирующиеся на производных от треугольной и кагоме решеток. В четвертой главе приведены результаты исследований ряда новых квазидвумерпых магнетиков с треугольной геометрией магнитной подсистемы.

Базируясь на разносторонних данных экспериментальных и теоретических методов исследования, в диссертации предлагается ряд важных выводов о влиянии фрустрации и антиструктурного беспорядка на формирование магнитных и немагнитных основных состояний в треугольных антиферромагнетиках. В антимонате ).1~РеБЬОы в дугганитах РЬзТеСоз~У,Р,Аз)зОм, а также в тригональных металлооксидах МпБЬз06 обнаружены серии индуцированных магнитным полем переходов на магнитных фазовых диаграммах и нетривиальное смещение фазовых границ из-за фрустрации. Заметная роль в содержании четвертой главы отводится результатам исследований спиновой динамики квазидвумерных магнетиков с треугольной решеткой методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

В ряде случаев, ЗПР, как чрезвычайно чувствительный метод локальной диагностики магнитной подсистемы, позволил получить ценную информацию о спин-корреляционных взаимодействиях. В частности, в работе приводятся данные, указывающие на возможность реализации топологического перехода типа Березинского-Костерлица-Таулеса в двумерном треугольном антиферромагнетике Ы4реЯЬ06. Кроме того, ЭПР спектроскопия квазидвумерных синтетических аналогов дутганита РЬ~ТеСоз(У,Р,Аз)1014 обнаружила квазиодномерный характер спиновой динамики в этих соединениях, несмотря на слоистую кристаллическую структуру, которая позволяла ожидать квазидвумерного характера обменных 3 взаимодействий.

Этот результат получил подтверждение из теоретических расчетов из первых принципов, которые позволяют сделать вывод о том, что магнитная структура дугганитов имеет квазиодномерный характер, представляя собой слабосвязанные треугольные трубки. В пятой главе диссертационной работы излагаются результаты исследований статических и динамических магнитных свойств квазидвумерных магнетиков со сложным устройством магнитной подсистемы.

Необычное основное квантовое состояние ферримагнитного типа со спиновой структурой типа алмазных цепочек и плато 1/3 от момента насыщения на кривой намагничивания обнаружены в новом квазидвумерном магнетике Ь1арез(НРО>)>~НзРОз)ь. Методами резонасиой диагностики для этого соединения выделены вклады двух магнитных подсистем ионов Ре~' 1Я = 5/2), и обнаружено, что температурная зависимость спин-корреляционной длины имеет различную степенную зависимость, что указывает на различный характер и размерность спиновых в флуктуаций в двух подрешетках. Кроме того, в пятой главе установлены основные магнитные характеристики и предложены модели сциновой структуры для ряда новых квазидвумерных антиферромагнетиков с кольцевыми и зигзагообразными конфигурациями ионов в магнитоактивных слоях.

В частности, показано, что магнитная структура соединения КЬ>Сцз(Р>0>)з есть система трех взаимодействующих сливовых цепочек. две из которых альтернированные с обменами типа,/-,/-./ и одна однородная с обменом /, а в 20 магнетике КЬСпА1(Р04) присутствуют альтернированные антиферро-/ферромагнитные зигзаговые цепочки меди с Я = 1/2, связанные между собой слабым обменом, который стабилизирует антиферромагнитное основное состояние. Выявлена критическая роль корреляционных обменных эффектов на сигнал ЭПР и спиновую динамику фрустрированных неколлинеарных франциситов Сиз).п(ЯеО>)>0>Х (1.п = У, Ят, 1.а; Х = С1„Вг) с искаженной решеткой кагоме и нецентросимметричного магнетика Сз Си»(ЧО)> 9~Р>0;)з из-за присутствия взаимодействующих спиновых подсистем с различной энергетикой н анизотропией.

Шестая глава диссертации посвящена описанию результатов исследования термодинамических свойств и спиновой динамики квазидвумерных магнетиков со слабовзанмодействующими спиновыми цепочками и димерами. В системах В)зле(ЯеО>)>ОС1> и МпСг04, несмотря на присутствие в кристаллической структуре хорошо изолированных одномерных цепочек обнаруживается установление дальнего антиферромагнитного порядка, т.к. магнетизм этих систем определяется высокоспиновыми Б-ионами Мп2+ и Ге> с половинным заполнением Зд оболочки, так что все /зя и ея электРонные орбитали принимают участие в обменах, обуславливая важность суперсуперобменных взаимодействий (М вЂ” О...Π— М) ц, как следствие, рост межцепочечных и межслоевых обменных корреляций.