Автореферат (1149508)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиАлтынбаев Евгений ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ КУБИЧЕСКИХНЕЦЕНТРОСИММЕТРИЧНЫХ КРИСТАЛЛОВ МОНОГЕРМАНИДОВПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ(специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2017Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:Григорьев Сергей Валентинович, доктор физикоматематических наук, ст.н.с., заведующий отделомПетербургского института ядерной физики им.Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт»Официальные оппоненты:Демишев Сергей Васильевич, доктор физикоматематических наук, профессор, заведующийотделомИнститутаобщейфизикиим.А.М.
Прохорова РАН, г. Москва;Дмитриенко Владимир Евгеньевич, докторфизико-математических наук, главный научныйсотрудникИнститутакристаллографииим. А.В. Шубникова"Федерального научно-исследовательского центра" «Кристаллографияи фотоника» РАН, г. Москва.Ведущая организация:Объединѐнный институт ядерных исследований,г. Дубна, Московская обл.Защита состоится «___» ________ 2017 года в ___:00 на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.33 по защите докторских и кандидатскихдиссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:198504, г. Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновская, д. 1, физическийфакультет СПбГУ, малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М.
ГорькогоСПбГУ по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9, атакже на сайте disser.spbu.ru.Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу: 198504,г. Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновская, д. 1, ученому секретарюдиссертационного совета 212.232.33 Поляничко А.М.Автореферат разослан «___» __________ 2017 г.Ученый секретарь диссертационного советаД 212.232.33, к. ф.-м.н., доцентА.М. Поляничко3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность. Тип кристаллографической структуры B20 характеризуетсяотсутствием центра инверсии в расположении магнитных атомов, что приводит кпоявлению антисимметричного обменного взаимодействия Дзялошинского-Мория(ДМ). В результате конкуренции антисимметричного взаимодействия ДМ исимметричного ферромагнитного взаимодействия, магнитная подсистемасоединений с кубической структурой типа B20 упорядочивается в геликоидальнуюспиновую структуру [1].
Волновой вектор этой магнитной структуры равенks = D/J,где D — постоянная Дзялошинского, а J — обменная константа.Архетипическим представителем геликоидальных магнетиков со структуройтипа B20 является бинарное соединение моносилицида марганца. Иерархияобменных взаимодействий, формирующих магнитную структуру соединения MnSi,приводит к разнообразию магнитных явлений в системе: к сложному характеруфазового перехода из парамагнитного в упорядоченное состояние; появлениюА-фазы с гексагональной структурой скирмионной решѐтки; полному нарушениюкиральной симметрии магнитной структуры; близости магнитной структуры кквантовому переходу, которую можно достичь при высоком давлении или врезультате замещения атомов Mn атомами Fe или Co.В то время как магнитная структура моносилицидов переходных металлов иеѐ свойства в значительной мере исследованы, магнитные свойства другогосемейства соединений со структурой типа B20, на основе германия, изученызначительно меньше.
Это связано с тем, что моногерманиды переходных металлов,такие как MnGe и CoGe, могут быть синтезированы только при высоких давленияхи температурах [2]. Тем не менее, известно, что магнитная система MnGeупорядочивается в геликоидальную магнитную структуру с волновым векторомks = 2.2 ± 0.05 нм−1 при низких температурах, что почти на порядок превышаетзначение волнового вектора магнитной системы MnSi (ks = 0.36 нм−1). СоединениеFeGe, в свою очередь, демонстрирует рекордно высокую температуругеликоидального магнитного упорядочения, TC = 278 K, в то время как длямоносилицида марганца эта температура равна TC = 29 K.В результате исследования псевдобинарных соединений Mn1-xFexGe методамималоугловой дифракции нейтронов и лоренцовской электронной микроскопии,удалось обнаружить, что, геликоидальное магнитное упорядочение свойственнодля этих соединений во всем диапазоне концентраций, а также, что приопределѐнном значении параметра xc = 0.75 происходит изменение знака связимагнитной и структурной киральности [3, 4].
Теоретические расчеты показали, чтовзаимодействие ДМ действительно меняет знак при критической концентрацииатомов Fe, x = xc, что и приводит к изменению магнитной киральности. Однако,4расчѐты, при этом, не объясняют сравнительно большую величину волновоговектора магнитной структуры соединения MnGe.Таким образом, исследования синтезированных при высоких давленияхсоединений моногерманидов переходных металлов представляют огромныйинтерес ввиду богатого разнообразия их магнитных свойств.Целью работы является исследование магнитной структуры соединений наоснове моногерманида марганца, допированных железом либо кобальтом, и еѐэволюции с температурой.Объектами исследования были выбраны соединения MnGe, Mn1-xFexGe cx = 0.2, 0.25, 0.3, 0.4 и 0.5 и Mn1-xCoxGe c x = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.45, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 и0.9 с кристаллографической структурой типа B20, синтезированные в институтефизики высоких давлений имени Л.
Ф. Верещагина.В соответствии с целью данного исследования были сформулированыследующие задачи:1. Исследоватьинтегральныехарактеристикимагнитныхсвойствмоногерманидов переходных металлов методом SQUID-магнитометрии иустановить магнитную структуру соединений MnGe, Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGeметодами малоугловой дифракции нейтронов.2. Исследовать особенности температурного магнитного фазового переходапорядок-беспорядок в соединении MnGe.3.
Установить закономерности трансформации магнитной структуры всоединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe с ростом концентрации атомов Fe или Co, x.4. Изучить особенности температурного перехода порядок-беспорядок всоединениях Mn1-xFexGe с x < 0.5 и Mn1-xCoxGe с x < 0.9.Научная новизна:1. Впервые методом малоуглового рассеяния нейтронов проведеноисследование температурного магнитного фазового перехода порядок-беспорядокв соединении MnGe и твердых растворах Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe с x < 0.45, ипредложен сценарий температурного магнитного фазового перехода в системах,основанных на соединении MnGe.2. Предложена модель неупругого рассеяния нейтронов на спиновыхвозбуждениях в геликоидальных магнетиках в нулевом внешнем магнитном поле вобласти малых углов.3.
Впервые определѐн тип магнитного упорядочения соединений Mn1-xCoxGe вдиапазоне 0.1 < x < 0.9 при низких температурах и исследована эволюциямагнитной структуры с температурой.4. Впервые в соединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe обнаружен скрытыйквантовый фазовый переход с ростом x из геликоидального состояния с дальниммагнитным порядком во флуктуирующее геликоидальное состояние с ближнимпорядком.5Научная и практическая значимость.
Установленные в результатевыполнения данной работы закономерности вносят значительный вклад всовременные сведения о магнитных фазовых переходах в кубическихгеликоидальных магнетиках без центра инверсии.Полученные экспериментальные результаты могут быть востребованы внаучных лабораториях, занимающихся проблемами магнетизма и его связью скристаллографической структурой, при описании магнитной структуры и еѐдинамических свойств в соединениях со структурой типа B20.Данные по изучению свойств геликоидальной магнитной структурымоногерманидов переходных металлов могут быть использованы при разработкесовременных устройств хранения и обработки информации, а также спинтронныхустройств.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Магнитный фазовый переход порядок-беспорядок в соединении MnGeимеет сложный многоступенчатый характер. При температурах ниже TN = 130 Kнаблюдается устойчивая геликоидальная магнитная структура с периодомd = 2.9 нм при температуре T = 10 K. В диапазоне температур T < TN наблюдаетсясосуществование в магнитной системе MnGe ближнего магнитного порядка(геликоидальных флуктуаций) наряду с дальним магнитным порядком. Вдиапазоне температур TN < T < Th = 150 K геликоидальная магнитная системафлуктуирует. При температурах выше Th геликоидальные флуктуации разбиваютсяна ферромагнитные нано-области с характерным размером порядка 1 нм,количество которых максимально при TSRF = 170 K.2. При x = xc2 ≈ 0.45 в соединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe происходиттрансформация геликоидальной магнитной системы с малым периодом магнитной⁄спирали,, где a — параметр кристаллической решетки, к геликоидальной⁄структуре с большим периодом магнитной спирали,Магнитныйфазовый переход порядок-беспорядок в соединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe сx < 0.45 происходит по тому же сценарию, что и в случае соединения MnGe.
Приэтом магнитная система соединений Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe при низкихтемпературах претерпевает фазовый переход с ростом x → xc1 ≈ 0.35 и 0.25,соответственно, из геликоидального состояния с дальним магнитным порядком вгеликоидальное состояние с ближним магнитным порядком.3. Для соединений Mn1-xCoxGe, обогащѐнных кобальтом (0.5 < x < 0.8),определена температура фазового перехода из парамагнитного в геликоидальноесостояние TC, которая уменьшается с ростом концентрации Co от 75 K приx = 0.5 до 50 K при x = 0.8.
В соединениях Mn1-xCoxGe с x = 0.5 и 0.6 в диапазонахтемпературT < 70 Kи20 K < T < 60 K,соответственно,установленососуществование двух геликоидальных фаз с различными значениями периодамагнитной спирали. В соединении Mn0.1Co0.9Ge магнитная система упорядоченаферромагнитно при T < 42 K.6Апробация работы. Основные результаты работы были представлены нанаучных семинарах в ФГБУ ПИЯФ НИЦ КИ (научные семинары ОИКС), СПбГУ, атакже на следующих российских и международных конференциях: Совещании«International Workshop on Single-Crystal Diffraction with Polarized Neutrons, Flipper2013» (Гренобль, Франция, 2013); Летних школах RACIRI-2013, 2014, 2016 (СанктПетербург, 2013 и 2016, Стокгольм, Швеция, 2014); Совещании «Polarized Neutronsin Condensed Matter Investigations, PNCMI-2016» (Мюнхен, Германия, 2016);Совещаниях «Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures, DMI»2013, 2015 (Великий Новгород, 2013, Псков, 2015); 47-й, 48-й, 49-й и 50-й школахПИЯФ по физике конденсированного состояния, (Санкт-Петербург, 2013-2016);Совещании по использованию рассеяния нейтронов и синхротронного излучения вконденсированных средах «РНСИКС 2014», (Санкт-Петербург, 2014); Рабочихсовещаниях по малоугловому рассеянию и рефлектометрии нейтронов МУРомец2013-2016 (Санкт-Петербург, 2013-2016); Рабочих совещаниях по физикеполяризованных нейтронов «Школа ФПН» 2013-2016 (Санкт-Петербург,2013-2016).Публикации.
Основные результаты по теме диссертации опубликованыв 5 печатных изданиях [5—9], 5 из которых индексируются международнымисистемами цитирования Web of Science и Scopus [5—9], 2 — индексируютсянациональной библиографической базой данных научного цитирования РИНЦ[8, 9].Объѐм и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,заключения. Полный объѐм диссертации составляет 124 страницы с 41 рисунком.Список литературы содержит 112 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обсуждается актуальность исследований, проводимых в рамкахдиссертационной работы, формулируются цели и задачи работы, определеныобъекты исследований.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
