Отзыв оппонента кандидата физ.-мат. наук Ю.И. Спичкина (Теоретическое исследование магнитных и проводящих свойств биметаллических наноконтактов и нанопроводов)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию Екатерины Михайловны Смеловой «Теоретическое исследование магнитных н проводящих свойств биметаллических наноконтактов и нанопроводов», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальностям 01.04.07 - физика конденсированного состояния, и 01,04.11 — физика магнитных явлений В настоящее время исследованиям наноразмерного состояния вещества уделяется большое внимание как со стороны экспериментаторов, так и теоретиков, что обусловлено проявлением в наноразмерном состоянии новых свойств, существенно отличающихся от свойств вещества в обычном состоянии, а также перспективами практического применения.

Важным разделом физики наноразмерного состояния является область, посвящйнная одномерным наноструктурам. К этой области н относится диссертационная работа Смеловой Б.М., в которой, с помощью первопринципных методов расчета атомной и электронной структуры, теоретически исследуются свойства наноконтактов и напопроводов. Изменяя состав, размеры и форму таких систем, можно придавазь им новые свойства и изменять их характеристики, к которым относятся механические, транспортные и магнитные свойства, особенно интересующие исследователей. Именно таким исследованиям и посвящена диссертационная работа Смеловой ЕМ., что определяет ее несомненную актуальность. Основная цель работы — теоретическое исследование магнитных, механических и проводящих свойств биметаллических нанопроводов и наноконтактов на основе Зд и 5Й металлов 1Ге, Со, Рг1, Рг, Аи, Ад), установление взаимосвязи между этими свойствами и электронной струкзурой рассматриваемых объектов.

По моему мнению, поставленная цель в основном достигнута. Среди наиболее важных результатов диссертационной работы следует отметить подробное исследование механических, магнитных и проводящих свойств биметаллических наноконтактов и нанопроводов, нх зависимости от компонентного состава и атомной структуры, Кроме того, автором обнаружено явление спиновой поляризации в одномерных биметаллических нанопроводах н спиновой фильтрации электронного транспорта н определены параметры перехода нанопровода в состояние спинового фильтра. Автором также установлено, что при изменении межатомных расстояний в нанопроводах Рс1-Ре, Рг-Ге и Ац-Ре возникают магнитные фазовые переходы ферромагнетизм — антиферромагнетизм.

Для исследования физических свойств наноконтаков и нанопроводов автором применен метод, основанный на теории функционала электронной плотности и первопринципной молекулярной динамики. Для проведения расчетов по исследованию атомной конфигурации и магнитных свойств была использована программа ЖАБР, решающая самосогласованную систему уравнений Кона-Шэма в базисе плоских волн итерационным методом, а для расчетов проводящих свойств - программа ЯМЕА601., основанная на методе неравновесных функций Грина.

Высокая степень достоверности полученных в работе результатов обусловлена тем, что расчеты выполнены с помощью достаточно надежных методов, основанных на «первых принципах» и хорошо зарекомендовавшего себя при решении аналогичных задач программного обеспечения, а также то, что полученные результаты согласуются с имеющимися на сегодняшний день экспериментальными данными„касающимися энергетического спектра элелтронов проводимости в наноконтаках и нанопроводах. Автором показано, что смешение атомов благородных (Аи) и немагнитных переходных металлов (Р1, Ро) с атомами магнитных элементов (Со, Ге, М) приводит к стабилизации нанопровода и повышению его устойчивости к механическим деформациям„ что обусловлено формированием новых гибридных электронных орбиталей.

При этом наиболее энергетически выгодной является зигзагообразная атомная конфигурация, представляющая собой нанопровод из атомов двух сортов, равномерно чередуюшихся и смешенных на одинаковые расстояния в противоположные стороны относительно оси провода, и возникающая в нанопроводах, содержащих атомы Ге или Со в качестве второго магнитного компонента, В результате рассмотрения магнитных свойств автором установлено, что во всех смешанных нанопроводах с атомами Ге в качестве второго (магнитного) компонента (Р1-Ге, РЙ-Ге, Аи-Ге) при увеличении межатомных расстояний наблюдается переход из ферромагнитного состояния в антиферромагнитное, сопровождающийся трансформацией зигзагообразной конфигурации в линейную. Формирование антиферромагнитного упорядочения поддерживается образованием сложной структуры гибридных зон в проводе, приводящей к появлению косвенного обменного взаимодействия между атомами железа.

При этом, как установлено, прямое обменное взаимодействие между атомами железа стабилизирует ферромагнитное состояние для Р1-Ге нанопровода в зигзагообразной конфигурации. Автором впервые обнаружена зависимость проводящих свойств одномерных Р~-Ге нанопроводов от их геометрии, а также появление спиновой поляризации электронного транспорта в зигзагообразной атомной конфигурации нанопровода при ферромагнитном упорядочении магнитных моментов атомов железа и ее исчезновение в линейной конфигурации. Кроме того„обнаружено два режима проводимости в зигзагообразных конфигурациях Р1-Ре ианопровода: «высокопроводящее состояние» и «низкопроводящес состояние» - так называемый спиповый фильтр, в котором для «низкопроводяшего состояния» (основное состояние) транспорт электронов имеет место только через канал с условной ориентацией спина вверх.

указанные состояния объясняются трансформацией электронной структуры, что следует из представленных результатов ее расчета, Показано, что аналогичным механизмом объясняется явление спинового фильтра в смешанных АиСо нанопроводах. Помимо результатов, полученных непосредственно автором„в диссергации также представлен подробный обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных ншюконтактам и нанопроводам, методам их исследования и получения. Научная новизна диссертации определяется выбором объектов исследования Гновые типы нанопроводов и наноконтактов, не исследованные ранее) и обнаруженными в них новыми свойствами электронной структуры ~появление новых гибридных электронных орбиталей, связанных с одномерностью атомной структуры; спнновая фильтрация; индуцированные магнитные фазовые переходы). Практическая ценность диссертационной работы Смеловой Е,М.

состоит в том, что результаты исследований электронных и магнитных свойств наноконтактов и нанопроводов, выполненных в работе, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории наноразмерного состояния, анализе экспериментальных результатов, а также при создании новых материалов. В то же время, диссертация не свободна от некоторых недостатков. В частности, автором приведены данные расчетов зигзагообразной плоскостной структуры и не приведены данные для структуры, имеющей пространственную конфигурацию.

Не рассмотрен вопрос о границах применимости теории функционала элекгронной плотности к моделированию процесса формирования биметаллических атомных контактов„ рассматриваемому автором применительно к системам Ац-Ая и Ац-Со, в то время как в экспериментальных работах показано, что формирование атомных контактов существенным образом зависит от таких параметров как скорость растяжения и температура.

Работа значительно выиграла бы, если бы в ней было проведено сравнение полученных теоретических результатов с экспериментальными результатами, доступными для рассматриваемых систем. Имеются также незначительные недостатки в представлении результатов. Так, на графиках парциальных плотностей состояний для проводов в качестве оси абсцисс указана величина Е-Ес Понятно, что автор диссертации подразумевает нормировку на энергию Ферми системы, однако, данный момент надо бьшо уточнить в подписи к рисунку, где должны быть расшифрованы основные сокращения и обозначения, используемые в тексте диссертации.

Вместе с тем, зти недостатки не затрагивают сути полученных результатов и не снижают их научной значимости, Диссертация написана с использованием принятой терминологии, оформление диссертации замечаний не вызывает. Содержание диссертации в достаточной степени отражено в печатных работах соискателя (9 статей в ведущих российских и международных журналах), основные результаты диссертационной работы докладывались на российских и международных конференциях.

Автореферат диссертации соответствует ее содержанию, Таким образом, по объему полученных результатов, их новизне, актуальности, практической и научной значимости представленная работа соответствует требованиям пункта 8 Положения ВАК РФ о порядке присуждения ученых степеней, предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физико-математических, а Екатерина Михайловна Смелова, заслуживает присуждения ей искомой ученой степени кандидата физико-математических наук по специальностям 01.04.07 - физика конденсированного состояния, и 01.04.11 — физика магнитных явлений. Официальный оппонент Генеральный директор ООО «Перспективные магнитные технологии и консультации».

кандидат физико-математических наук Ф ~ Спичкин Юрий Иванович 142190, г. Москва, г. Троицк, ул, Промышленная, 4, ООО «Перспективные магнитные технологии и консультации», ЬпрЯвтчв.апис.гц~аЬоцйго11Й~, 8 1495) 777-72-26 Подпись Спичкина Ю,И. заверяю Акунец Е.А. Директор по персоналу . 23 января 2017 г .