Диссертация (1097575), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это, прежде всего, физика спиновыхжидкостей,неколлинеарныхиэкзотическихмагнитныхструктур,мультиферроэлектричества и квантовой суперпозиции состояний.Цели и задачи работыЦелью настоящей работы являлось установление квантовых основныхсостояний в новых низкоразмерных магнетиках в классах металлооксидных иметаллонитратных соединений.
Для достижения поставленной в работе целирешались следующие задачи:- поиск новых низкоразмерных магнетиков,- синтез низкоразмерных магнетиков,- анализ структурных и микроструктурных параметров методами рентгеновскойдифракции,- установление магнитных и тепловых характеристик в широких диапазонахмагнитных полей и температур,- установление температур структурных и магнитных фазовых переходов,- установление параметров квантовых основных состояний.Научная новизна работыВ настоящей работе впервые установлены механизмы формирования ипараметры квантовых основных состояний в целом ряде низкоразмерныхмагнетиков.Впервые установлено синглетное основное состояние в квазиодномерныхдимерных соединениях, Na2Cu2Si4O11·2H2O и Na2Cu2Si4O11.
В этих материалахобнаружена уникальная возможность управления магнитными параметрами засчет вариации содержания воды. В низкоразмерном антиферромагнетике с9пятикратно – альтернированной цепочкой S = 1/2 Na2Cu5Si4O14 впервыеобнаружено плато 3/5 на кривой намагничивания.Впервые исследованы сходства и отличия t2g аналога на основе V BaVSi2O7от широко известного красителя династии Хань на основе меди BaCuSi2O6 смагнитоактивной eg орбиталью. Установлены основные свойства BaVSi2O7, тоесть масштаб внутридимерных и междимерных обменных взаимодействий.Впервые определены параметры магнитных состояний, формирующихсяпри низких температурах в нитратах переходных металлов Cu(NO3)2⋅H2O,(NO)Cu(NO3)3,Rb3Ni2(NO3)7иустановленовлияниенанихразмерныхкорреляционных эффектов при высоких температурах.Впервые обнаружены или предсказаны неколлинеарные (экзотические)основные состояния в некоторых низкоразмерных магнетиках.
В нитрате никеляNi(NO3)2 с антиферромагнитной решеткой типа кагоме со спином S = 1установлено ферримагнитное состояние со спонтанным магнитным моментом. ВсемействесоединенийBa3Cu3In4-xScxO12обнаруженоантиферромагнитноеосновное состояние, для которого предложена модель трех взаимно –ортогональных антиферромагнитных подрешеток.Теоретическая и практическая значимость работыПосколькуприоритетнойзадачейнастоящейработыявлялосьустановление общих закономерностей в достижении квантовых основныхсостояний функциональных материалов, работа по ее выполнению сводилась кизучению весьма широкого круга новых оксидов и нитратов переходныхметаллов. Исследования по данной тематике проводятся во многих лабораторияхмира.
В Российской Федерации исследованиям функциональных материалов,предполагаемых для использования в энергосберегающих технологиях, такжетрадиционно уделяется большое внимание. Существующие проблемы в областиданного исследования связаны с поиском и улучшением функциональныхпараметров новых магнитных соединений, приведением их характеристик всоответствие с требованиями инновационных технологий. Для достижения10заявленной цели во всем мире в режиме параллельных исследований решаютсяконкретные задачи по установлению доминирующих механизмов обменногомагнитного взаимодействия, определению параметров обменного взаимодействияв новых магнитных материалах.
В результате проведения комплексногоисследования этих материалов были получены приоритетные данные об основныхзакономерностях формирования основного состояния, установлены фазовыедиаграммыиопределеныхарактеристикимагнитнойподсистемыприформировании дальнего магнитного порядка. Полученные данные стимулировалиразвитие теоретических представлений о структуре материи.Работа выполнялась при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты07-02-00350, 11-02-00083, 14-02-00111, 14-02-92002). Полученные результатымогутпредставлятьпрактическийинтересдлянаучно-исследовательскихорганизаций, занимающихся созданием квантовых компьютеров и магнитныхсенсоров, в частности, МИРЭА, МИИТ, МИЭТ, МФТИ, ИФП РАН, ИФТТ РАН,ФИАН, ИОФАН и др.Методология и методы исследованияДля выполнения настоящего научного исследования был использованарсенал современного материаловедения, химии твердого тела и физикиконденсированногосостояния.Путемсочетанияметодовиподходов,выработанных этими науками, возможна всесторонняя характеризация новыхобъектов.
На основе специально отработанной методики, опирающейся наособенностикристаллическойструктуры,производилсяпоискиотборперспективных неорганических соединений. Кристаллические структуры этихсоединенийиконтрольихкачестваустанавливалисьметодамирентгеноструктурного и рентгенофазового анализа.
Термодинамические свойстваматериалов изучались в измерениях намагниченности и теплоемкости в широкоминтервале магнитных полей и температур. В наиболее интересных случаях былипроведены измерения намагниченности в импульсных магнитных полях.11Особенности формирования квантовых основных состояний в новых соединенияхдополнительно исследовались в сотрудничестве с партнерскими научно –исследовательскими группами методами электронного парамагнитного резонанса,ядерного квадруполного и магнитного резонанса, в особо интересных случаях,рассеяниянейтроновимюонов.Теоретическаяподдержкаполученныхэкспериментальных результатов также выполнялась в партнерских научно –исследовательских группах и включала аналитические расчеты и численныевычисления параметров зонной структуры.Положения, выносимые на защитуЦелый ряд новых низкоразмерных соединений, включая димерные ицепочечныесиликатыпереходныхметалловNa2Cu2Si4O11,BaVSi2O7иNa2Cu5Si4O11; димеры, цепочки и двумерные плоскости в нитратах переходныхметаллов Rb3Ni2(NO3)7, (NO)Cu(NO3)3 и Cu(NO3)2⋅H2O, Ni(NO3)2; цепочки идвумерные плоскости в металооксидах Cr3(PO4)2, Cu2As2O7, Li2CuZrO4 и AgFeO2;трехмерныерешеткиШастри–СазерлендаBa3Cu3In4-xScxO12,былохарактеризован в исследованиях намагниченности и теплоемкости.
Впервые вуказанных системах установлено квантовое основное состояние и определеныпути его достижения. Полученные результаты могут быть сформулированы ввиде следующих выносимых на защиту утверждений:- Квантовым основным состоянием двух квазиодномерных соединений,Na2Cu2Si4O11·2H2O и Na2Cu2Si4O11, является спиновый синглет. Величинаэнергетической щели зависит от количества молекул H2O в микропористойструктуре,обеспечиваяуникальнуювозможностьдляподстройкиэтогопараметра за счет вариации содержания воды. Квантовым основным состояниемNa2Cu5Si4O14 является антиферромагнитная структура, демонстрирующая плато3/5 на кривой намагничивания при T < TN.
Спин – димерное соединение BaVSi2O7обнаруживаетявлениеБозе–Эйнштейновскойконденсациииндуцированное внешним магнитным полем при низких температурах;магнонов,12-КвантовымосновнымсостояниемCu(NO3)2·H2Oявляетсяантиферромагнитная структура, формирующаяся при TN = 3.25 К. Спин-флоп испин-флип превращения описывают эволюцию антиферромагнитной подсистемыCu(NO3)2·H2O,подрешеткикоторойпринадлежатразличнымслоям.Внизкоразмерном антиферромагнетике Rb3Ni2(NO3)7 дальний магнитный порядоквозникает при TN = 4.1 К, причем термодинамические характеристики указываютна существование в этой фазе димеров S = 1 с энергетической щелью Δ = 5.5 К. Внитратокупрате нитрозония(NO)[Cu(NO3)3] ближниймагнитныйпорядокформируется при температуре корреляционного максимума Tmax ~ 105 K, адальний магнитный порядок возникает при температуре Нееля TN = 0.58 K.Топология магнитных взаимодействий в этом соединении позволяет описыватьего моделью “флага конфедерата”.
Квантовым основным состоянием нитратаникеляNi(NO3)2являетсянеколлинеарнаяферримагнитнаяструктура,формирующаяся при TC = 5.5 K. Такая структура обязана конкуренциивнутриплоскостных и межплоскостных антиферромагнитных взаимодействий;- В ортофосфает хрома α-Cr3(PO4)2 при TC = 29 K реализуетсяферримагнитное основное состояние. Уникальной особенностью этой структурыявляется многократное обращение намагниченности при низких температурах. Всистеме Cu2As2O7 установлено сосуществование ближнего и дальнего порядка.Ближний порядок обусловлен альтернированием изолированных магнитныхцепочек. Формирование дальнего антиферромагнитного порядка при TN = 13 Кпроисходит за счет межцепочечных обменных взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
