Диссертация (1149509), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Предложена модель неупругого рассеяния нейтронов на спиновыхвозбуждениях в геликоидальных магнетиках в нулевом внешнем магнитномполе в области малых углов.3. Впервые определѐн тип магнитного упорядочения соединенийMn1-xCoxGe в диапазоне 0.1 < x < 0.9 при низких температурах и исследованаэволюция магнитной структуры с температурой.4. Впервые в соединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe обнаружен скрытыйквантовый фазовый переход с ростом x из геликоидального состояния сдальним магнитным порядком во флуктуирующее геликоидальное состояниес ближним порядком.Научная и практическая значимость. Установленные в результатевыполнения данной работы закономерности вносят значительный вклад в5современные сведения о магнитных фазовых переходах в кубическихгеликоидальных магнетиках без центра инверсии.Полученные экспериментальные результаты могут быть востребованы внаучных лабораториях, занимающихся проблемами магнетизма и его связьюс кристаллографической структурой, при описании магнитной структуры иеѐ динамических свойств в соединениях со структурой типа B20.Данные по изучению свойств геликоидальной магнитной структурымоногерманидов переходных металлов могут быть использованы приразработке современных устройств хранения и обработки информации, атакже спинтронных устройств.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Магнитный фазовый переход порядок-беспорядок в соединении MnGeимеет сложный многоступенчатый характер. При температурах нижеTN = 130 K наблюдается устойчивая геликоидальная магнитная структура спериодом d = 2.9 нм при температуре T = 10 K. В диапазоне температурT < TN наблюдается сосуществование в магнитной системе MnGe ближнегомагнитного порядка (геликоидальных флуктуаций) наряду с дальниммагнитнымпорядком.ВдиапазонетемпературTN < T < Th = 150 Kгеликоидальная магнитная система флуктуирует. При температурах выше Thгеликоидальные флуктуации разбиваются на ферромагнитные нано-области схарактерным размером порядка 1 нм, количество которых максимально приTSRF = 170 K.2.
При x = xc2 ≈ 0.45 в соединениях Mn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe происходиттрансформация геликоидальной магнитной системы с малым периодоммагнитной спирали,⁄, где a — параметр кристаллической решетки,к геликоидальной структуре с большим периодом магнитной спирали,⁄Магнитный фазовый переход порядок-беспорядок в соединенияхMn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe с x < 0.45 происходит по тому же сценарию, что и вслучае соединения MnGe.
При этом магнитная система соединенийMn1-xFexGe и Mn1-xCoxGe при низких температурах претерпевает фазовый6переход с ростом x → xc1 ≈ 0.35 и 0.25, соответственно, из геликоидальногосостояния с дальним магнитным порядком в геликоидальное состояние сближним магнитным порядком.3. Для соединений Mn1-xCoxGe, обогащѐнных кобальтом (0.5 < x < 0.8),определенатемпературафазовогопереходаизпарамагнитноговгеликоидальное состояние TC, которая уменьшается с ростом концентрацииCo от 75 K при x = 0.5 до 50 K при x = 0.8. В соединениях Mn1-xCoxGe сx = 0.5 и 0.6 в диапазонах температур T < 70 K и 20 K < T < 60 K,соответственно, установлено сосуществование двух геликоидальных фаз сразличными значениями периода магнитной спирали.
В соединенииMn0.1Co0.9Ge магнитная система упорядочена ферромагнитно при T < 42 K.Апробация работы. Основные результаты работы были представленына научных семинарах в ФГБУ ПИЯФ НИЦ КИ (научные семинары ОИКС),СПбГУ, а также на следующих российских и международных конференциях:Совещании «International Workshop on Single-Crystal Diffraction with PolarizedNeutrons, Flipper 2013» (Гренобль, Франция, 2013); Летних школахRACIRI-2013, 2014, 2016 (Санкт-Петербург, 2013 и 2016, Стокгольм,Швеция, 2014); Совещании «Polarized Neutrons in Condensed MatterInvestigations, 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 школахПИЯФпо2013-2016);физикеконденсированногоСовещаниипосостояния,использованию(Санкт-Петербург,рассеяниянейтроновисинхротронного излучения в конденсированных средах «РНСИКС 2014»,(Санкт-Петербург, 2014); Рабочих совещаниях по малоугловому рассеяниюи рефлектометриинейтроновМУРомец2013-2016(Санкт-Петербург,2013-2016); Рабочих совещаниях по физике поляризованных нейтронов«Школа ФПН» 2013-2016 (Санкт-Петербург, 2013-2016).Публикации.
Основные результаты по теме диссертации опубликованыв 5 печатныхизданиях[30—34],57изкоторыхиндексируютсямеждународными системами цитирования Web of Science и Scopus [30—34],2 — индексируютсянациональнойбиблиографическойбазойданныхнаучного цитирования РИНЦ [33, 34].Объѐм и структура работы. Диссертация состоит из введения, пятиглав, заключения. Полный объѐм диссертации составляет 124 страницы с41 рисунком. Список литературы содержит 112 наименований.81. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕЛИКОИДАЛЬНЫХМАГНЕТИКОВ СО СТРУКТУРОЙ ТИПА B20Архетипическимоснованныхнапредставителемвзаимодействиигеликоидальныхмагнетиков,Дзялошинского-Морияявляетсямоносилицид марганца, MnSi. Интерес к этой системе обусловленмногообразием наблюдаемых физических явлений при одновременнойхимическойчистотеэтогобинарногосоединенияистабильностикристаллической решѐтки.
В данной главе будут рассмотрены физическиесвойства соединения моносилицида марганца и некоторых его аналогов.1.1. Кристаллическая структураВпервые кристаллическая структура MnSi при комнатной температуребыла определена Бореном в 1933 [35]. Он обнаружил, что MnSiкристаллизуется в кубическую фазу c пространственной группой P213(тип кристаллической структуры B20) и параметром решѐтки a = 4.55 Å.Несмотря на то, что пространственная группа типа B20 является кубической,она обладает низкой симметрией (Рис.
1.1а). Два атома различного типанаходятся в четырѐх a(u,u,u) позициях элементарной ячейки каждый, где a —это параметр ячейки, а u — определяет смещение атома относительно узлаячейки. Величины параметров u для соединения MnSi равны uMn = 0.138 иuSi = 0.845, соответственно [36].В так называемой идеальной бинарной структуре B20 атомы должныбыть расположены в позициях uideal и (1 - uideal), где uideal = 1/4τ ≈ 0.1545085.Величинаравнаопределяется(√ )⁄поправилузолотогосеченияи[37, 38]. В этом случае, ближайшими для атомасоседями являются семь атомов второго типа, расположенных на одинаковомрасстоянии от центрального.
Эти семь атомных позиций располагаются насеми вершинах из двадцати вершин додекаэдра с пятиугольной гранью, вцентре которого находится первый атом.9Удивительным оказывается тот факт, что ни одно из известныхсоединений моносилицидов переходных металлов не обладает идеальнойструктурой типа B20. В случае моносилицидов, семь расстояний одинаковойдлины, необходимые для формирования идеальной структуры, разбиваютсяна одно короткое, три расстояния средней длины и три длинных расстояния[39, 40].
На Рис. 1.1б эти расстояния обозначены как d1, d2 и d3,соответственно. Несмотря на то, что отклонение решѐтки моносилицидовпереходных металлов от идеальной крайне мало, это оказывает существенноевлияние на физические свойства соединений. В частности, именноотсутствие центра инверсии, вызванное изменением расстояний междуближайшими соседями, приводит к возникновению антисимметричногообменного взаимодействия Дзялошинского-Мория (ДМ) и длиннопериоднойкиральной магнитной структуре [3, 41—47].Рис.1.1 (а) Элементарная ячейки кристаллической структуры типа B20 соединения MnSi.В элементарной ячейке находятся четыре атома Mn и четыре атома Si.(б) Координационный полиэдр атома Si.
Наибольшее расстояние Si-Mn обозначено как d3.Кроме того, связь между кристаллической структурой и магнетизмомможет являться причиной для аномального поведения коэффициентатемпературного расширения соединения [48]. При уменьшении температуры,10коэффициент температурного расширения резко падает при температуремагнитногоупорядочения[49].Также,привысокихтемпературахнаблюдается завышенное, по сравнению с классическим для немагнитногоматериала,значениекоэффициентатемпературногорасширения,чтосвязывают со спиновыми флуктуациями [41, 50, 51].Структурой типа B20 и аналогичной магнитной структурой обладаюттакже и другие, родственные MnSi, соединения: Mn1–xFexSi, в диапазоне[] Mn1-xCoxSi, в диапазоне[] FeGe [11—16, 26].11[] Fe1-xCoxSi, в диапазоне1.2.
Магнитная структура MnSiПри температуре TC = 29.5 К магнитная система моносилицида марганцаMnSi претерпевает фазовый переход в геликоидальное спиновое состояние снесоразмерным волновым векторомks = (2π/a)(ξ, ξ, ξ),где ξ = 0.017. Спиновые спирали ориентируются в MnSi вдоль четырехэквивалентныхнаправлений〈〉чтоопределяетсяэнергиейанизотропного обмена и энергией кубической анизотропии, так что вотсутствие внешнего магнитного поля в кристалле образуется четыре типамагнитных доменов [36, 52]. Величина волнового вектора не зависит отвнешнего поля и очень слабо зависит от температуры, |нм–1|при T = 4 К, так что период спиновой спирали равенÅ.⁄Эксперименты по малоугловому рассеянию нейтронов [52] показали, чтоспиральнаяструктура,однодоменноймногодоменнаяконическойсвнулевомприложениемполе,становитсямагнитногополямТл при низких температурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
