ИСТИНА

Междисциплинарный проект является продолжением недавно начатых совместных исследований между учеными -материаловедами, специалистами в химии твердого тела и физиками теоретиками и экспериментаторами из Института физики твердого тела им. Лейбница, Дрезден Германия и Кафедрой физики никзих температур и сверхпроводимости, Московского Государственного Университета, Россия. Целью проекта является установление основных состояний и базовых свойств комплексных металлооксидов, обусловленные пониженной размерностью и фрустрацией. Большое внимание будет уделяться взаимным пересечениям между квантовой физикой неупорядоченных спин - жидкостных состояний и классической физикой, связанной с формированием дальнего магнитного порядка. Из-за сложности привлекаемых взаимодействий глубокое понимание макроскопических свойств на микроскопическом уровне до сих пор отсутствует. Следовательно, для полного понимания основных взаимодейтсвий, важно получить точную структурную инфромацию о химическом и магнитном упорядочениях, а также данные о спектрах энергетических и магнитных возбуждений в этих материалах. Для исследования этих комплексных материалов будет применяться мощный арсенал современных физических методов. Цели проекта могут быть достигнуты при получении образцов высокого качества, как поли- так и монокристаллов, контролируемых рентгенофазовым анализом и электронной микроскопией. Среди основных инструментов характеризации будут использоваться экспериментальные методики для исследования термодинамических свойств (намагниченности, теплоемкости, теплового расширения и т.д.) и кинетических свойств (удельного сопротивления, теплопроводности). Глубокая характеризация новых соединений будет дополнена резонансными методиками (ЯМР, ЯКР, ЭПР). Для углубления понимания тонких особенностей взаимодействия между спиновой, зарядовой и орбитальной степенями свободы в оксидах переходных элементов предполагается проведение также теоретических исследований.

В 2011 году проведены теоретические и экспериментальные исследования новой слоистой системы с ”вертикальными” димерами на спине – 1/2 BaVSi2O7. Обработка температурных зависимостей магнитной восприимчивости chi(T), теплоемкости C(T) и полевой зависимости намагниченности M(H) позволяет оценить внутридимерный антиферромагнитный обмен как J=36 - 37.5 K (~3.2 meV). Это значение находится в хорошем соответствии с теоретически расчетым из первых принципов 4.5 meV. Все полученные экспериментальные и теоретические данные указывает на слабую связь между димерами в системе BaVSi2O7 по сравнению с ее медным аналогом BaCuSi2O6. Этот факт может являться следствием слабости взаимодействий в t2g системах по сравнению с сильнокоррелированными eg системами. Детальное исследование низкотемпературной теплоемкости С(Т) указывает на сосуществование изотропного параметра порядка s-типа и комплексного параметра s - типа в сверхпроводящем монокристалле FeSe с температурой TC = 8.11 K. Обнаружен и исследован целый ряд новых низкоразмерных антиферромагнетиков Ba3Cu3In4O12 (TN = 13 K), alfa – Cr3(PO4)2 (TC = 29 K), Cu2As2O7 (TN = 10 K), Li3Ni2SbO6 (TN = 15 K). Ba3Cu3In4O12 выделяется за счет необычной топологии магнитной подсистемы: она состоит из повернутых на 90 градусов друг относительно друга “бумажных” колонн, состоящих из соединенных через вершину плакеток CuIO4 и CuIIO4. Было показано, что возможным основным квантовым состоянием Ba3Cu3In4O12 являются три антиферромагнитных подсистемы на ионах Cu2+ (S=1/2), расположенные под углом 90 градусов друг относительно друга. В Cr3(PO4)2 присутствуют шесть кристаллографических независимых позиций атомов хрома. Слабый ферримагнетизм и многократное обращение намагниченности, наблюдаемые в этом соединении могут объясняться неполной компенсацией и искажениями парциальных функций Бриллюэна шести позиций Cr2+. Полученные в Cu2As2O7 данные указывают на реализацию квази – одномерного поведения (1D) спин S = 1/2 Гайзенберговских цепочек, связанных через тетраэдры AsO4. Показано, что в Li3Ni2SbO6 суперобменное магнитной взаимодействие между ионами Ni2+ по пути Ni – O – Ni предполагается ферромагнитным внутри слоя и антиферромагнитным между слоями. В 2010 году проведен комплекс исследований физических свойств редкоземельных ферроборатов с целью установления особенностей основного состояния в семействе RFe3(BO3)4. Выполнены эксперименты по рассеиванию жестких рентгеновских лучей с энергией фотонов 100 кэВ при изменении температуры и внешнего магнитного поля. Температурные и полевые зависимости рефлексов магнитной сверхрешетки подтверждают магнитную структуру боратных соединений, полученную из нейтронной дифракции. Кроме того, в магнитупорядоченном состоянии для R = Nd и Gd установлена доменная структура с длиной корреляции магнитных доменов около 100 А. Доменная структура была установлена также в исследованиях теплоемкости и намагниченности для R = Y и Er. В монокристалле TbFe3(BO3)4 исследована связь магнитодиэлектрического и магнитоупругого взаимодействия в измерениях диэлектрической проницаемости, магнитострикции и Рамановских спектров. Выполнен комплекс работ по получению и исследованию монокристаллов новых железных сверхпроводников LiFeAs. Большие монокристаллы высокого качества сврехпроводящей системы LiFeAs были получены модифицированным методом осаждения из расплава, что подтверждалось химическими и физическими методами. Полученные монокристаллы исследовались с помощью малоуглового рассеяния нейтронов (SANS) и разрешенной по углам фотоэмиссии (ARPES). Температурная зависимость глубины Лондоновского проникновения наилучшим образом описывается в модели одиночной сверхпроводящей щели delta = 3 мэВ. Такое значение щели хорошо соотносится со значением, полученным из ARPES 3.1 мэВ, и отвечает соотношению 2delta/kBTC=4.1, предсказанному теорией БКШ в приближении слабого связывания. Полученные результаты позволяют отнести LiFeAs к слабо – связанным сверхпроводникам с одной щелью. В исследованиях разрешенной по углам фотоэмиссии LiFeAs обнаружен нестинг поверхности Ферми. С целью установления путей достижения основного состояния в новых низкоразмерных нитратах переходных металлов выполнен комплекс работ по физической характеризации монокристаллов. Cu(NO3)2*H2O исследовалось методами высокополевого электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Полученные данные свидетельствуют о двумерном характер магнитных взаимодействий в Cu(NO3)2*H2O. (NO)[Cu(NO3)3] исследовалось методами ЭПР, магнитометрии и калориметрии. Полученные результаты не дают указаний на формирование дальнего магнитного порядка до 1.8 К, исследования теплоемкости и намагниченности указывают на присутствие небольшой щели при низких температурах. Анализ обменных магнитных взаимодействий в этой системе обсуждается в рамках модели Нерсесяна - Цвелика. В 2009 году в системе AgFeO2 установлены параметры основного состояния, а также эволюция магнитной подсистемы с температурой и при приложении внешнего магнитного поля. Полученные данные термодинамической характеризации свидетельствуют о сильной магнитной фрустрации и двух магнитных фазовых переходах при Т2 = 7 K и Т1 = 16 K в системе. В слоистой сверхпроводящей системе LaO1-xFxFeAs проведены измерения вольтамперных характеристик контакта на трещине. Были обнаружены два набора субгармонических щелевых структур, что свидетельствует о присутствии двух сверхпроводящих щелей deltaL = 5.5 мэВ и deltaS = 1 мэВ. В Li2CuzrO4 установлены параметры основного состояния. Обнаружение взаимосвязи между электрической и спиновой подсистемами в Li2CuZrO4 позволяет отнести его к мультиферроикам нового типа.