English/Russian

Наиболее важные результаты исследований, проведенных в лаборатории в последние годы:

1. Раствор-расплавным методом выращены орторомбические монокристаллы Pb₂Fe₂Ge₂O₉. Впервые проведены их рентгенографические, магнитные, нейтронографиче¬ские, мессбауэровские и резонансные исследования. Установлено, что ниже температуры Нееля ТN=46 К это соединение является антиферромагнетиком со слабым ферромагнетизмом. Экспериментально определены поля спин-флоп перехода и сделаны оценки величины обменного поля. Показано, что слабый ферромагнетизм возникает как результат неколлинеарности осей одноионных анизотропий для магнитных моментов, принадлежа¬щих различным магнитным подрешеткам.

   Синтезированы монокристаллы Pb₃Mn₇O₁₅ со смешанной валентностью марганца (Mn³⁺ и Mn⁴⁺) и проведены магнитные, транспортные, калориметрические и нейтронографические измерения на монокристаллах, которые показали, что при температурах ниже 250 К наблюдается несколько магнитных фазовых переходов. При T~160 К формируется ближний антиферромагнитный порядок, при 70 К устанавливается дальний магнитный порядок со слабым спонтанным моментом, при 20 К реализуется спин-переориентационный переход.

2. Методом твердофазной реакции синтезированы соединения NaFeGe₂O₆ и LiFeGe₂O₆ и проведены их рентгеноструктурные, нейтронографические, мессбауэровские, калориметрические и магнитные исследования. В частности, из анализа магнитных пиков в картине нейтронной дифракции установлено, что в NaFeGe₂O₆ при температуре 1,6 К реализуется несоизмеримая магнитная структура, представляющая собой антиферромагнитную спираль с геликоидальной модуляцией в а-с плоскости кристаллической решетки (рис. 1) и волновым вектором магнитной структуры k = (0.3357(4), 0, 0.0814(3)). Магнитные и калориметрические измерения показывают, что в NaFeGe₂O₆ наряду с магнитным фазовым переходом порядокбеспорядок с Т_N = 13 K существует дополнительный магнитный фазовый переход при Т_с = 11,5 К, который предположительно является ориентационным.

3. Исследовано неупругое рассеяние нейтронов на монокристалле Cu₃B₂O₆. Установлено, что при температурах ниже 14 К в системе спиновых возбуждений формируется энергетическая щель, свидетельствующая об установлении синглетного спинового состояния.
4. С помощью магниторезонансных, магнитных и магнитострикционных измерений впервые построены и изучены магнитные фазовые диаграммы тетрагонального кристалла метабората меди CuB₂O₄ в магнитном поле вдоль тетрагональной оси (рис. 2) и в базисной плоскости. Фазовые диаграммы, обусловленные сосуществованием двух обменносвязанных подсистем ионов меди, содержат индуцированное полем соизмеримое слабоферромагнитое состояние и несколько модулированных магнитных состояний. Показано, что при Т<9,5 К переход из несоизмеримого в индуцированное соизмеримое состояние в магнитном поле вдоль тетрагональной оси вызван насыщением слабоупорядоченной подсистемы вдоль этого направления.

   Рис. 1. Геликоидальная магнитная структура NaFeGe2O6	Рис. 2. Магнитная фазовая диаграмма CuB2O4, H||c. Состояния: 1 – несоизмеримое, 2 - длиннопериодическое модулированное, 3 - слабоферромагнитное.

   Предложен новый механизм формирования несоизмеримой магнитной структуры типа поперечная спираль за счет снятия фрустрации по межподсистемному обмену в двухподсистемном антиферромагнетике. Анализ полевой зависимости намагниченности CuB₂O₄ в магнитном поле вдоль тетрагональной оси кристалла показал, что данный механизм ответственен за формирование геликоидальной структуры в этом магнетике при T<9.5K.

   В приближении среднего поля показана возможность сосуществования двух магнитных подсистем с разными собственными волновыми векторами и перехода спиновой системы из несоизмеримой фазы в соизмеримую через фазу с отличающимися волновыми векторами ее отдельных подсистем. В отсутствие взаимодействия между подсистемами каждая из них упорядочивается со своим волновым вектором, при значительной величине этого взаимодействия упорядочение системы обладает общим волновым вектором. Показано, что в CuB₂O₄этот эффект объясняет появление при Т=1,8 К при намагничивании в базисной плоскости в полях 1.3 T<H<1.8 T промежуточного полунесоизмеримого состояния, в котором несоизмеримой остается только одна из подсистем.

5. Продолжены исследования магнитных, магниторезонансных и калориметрических свойств кристаллов семейства хантита с общей формулой RFe₃(BO₃)₄, где R – редкоземельный ион, в которых магнитоанизотропные свойства определяются вкладами магнитных подсистем ионов железа и редкоземельных ионов. Исследования магнитного резонанса в YFe₃(BO₃)₄ позволили установить магнитную структуру для подсистемы железа, разделить магнитоанизотропные вклады подсистем Fe³⁺ и Gd³⁺ в магнитную анизотропию GdFe₃(BO₃)₄ и объяснить спонтанный ориентационный переход в этом кристалле конкуренцией вкладов подсистем Fe³⁺ и Gd³⁺. Проведены нейтронографические и магнитные исследования в семействе RFe₃(BO₃)₄ с R=Nd, Tb, Dy, Y, Ho, Pr, Er и обнаружено сильное влияние редкоземельного иона на магнитные структуры. Подтвержден вывод магниторезонансных исследований о том, что в YFe₃(BO₃)₄ подсистема ионов железа представляет собой легкоплоскостной антиферромагнетик с T_N=38 K, подобная магнитная структура обнаружена для R=Er. В ферроборате неодима ниже T_N=30,5 K также устанавливается легкоплоскостная антиферромагнитная структура (рис. 3), однако ниже 20 К на нее накладывается слабая длиннопериодическая несоразмерность с волновым вектором структуры k = [0, 0, 3x = 3/2 +ε].
6. В ферроборатах тербия, диспрозия и празеодима реализуется легкоосная антиферромагнитная структура, причем в TbFe₃(BO₃)₄ и DyFe₃(BO₃)₄ в магнитном поле вдоль тригональной оси происходит метамагнитный переход, при котором магнитные моменты редкоземельной подсистемы устанавливаются по полю, а в подсистеме железа происходит спин-флоп переход. В ферроборате гольмия, как и в GdFe₃(BO₃)₄, конкуренция магнитоанизотропных вкладов подсистем Fe³⁺ и Ho³⁺ приводит к спин-переориентационному переходу при Т_СП=4,7 К, по данным нейтронографических, магнитных и калориметрических измерений построена магнитная фазовая диаграмма HoFe₃(BO₃)₄ (рис. 4).

   Рис. 3. Легкоплоскостная антиферромагнитная структура.	Рис. 4. Магнитная фазовая диаграмма HoFe3(BO3)4.

7. Методом ЭПР ионов Cu²⁺ исследован эффект Яна-Теллера в монокристалле шпинели ZnGa₂O₄ в диапазоне температур 110÷560 K. Показано, что ионы меди занимают октаэдрические позиции 16d в кристалле ZnGa₂O₄ с кубической симметрией O⁷_h (Fd-3m). При T &lasymp;t; 560 K октаэдры испытывают тетрагональные искажения (преимущественно растяжение) и поворот вдоль осей четвертого порядка на угол θ ≈ 2.6°. Определены параметры спинового гамильтониана, характеризующего вытянутые (g = 2.355, g = 2.077, A = 116 Oe, A = 12 Oe) и сжатые (g= 2.018, g = 2.246, A =75 Oe, A= 44 Oe) октаэдры. При температурах выше 560K статический эффект Яна-Теллера переходит в динамический, и спектр магнитного резонанса становится изотропным с g = 2.116.
8. Продолжены комплексные исследования структурных, магнитных, магниторезонансных и транспортных свойств сульфидных соединений переходных металлов, представляющих потенциальный интерес как материалы для спинтроники. Установлено, что в системе однородных твердых растворов Fe_XMn_1-XS с кубической NaCl структурой замещение ионов марганца ионами железа осуществляется в октаэдрических позициях и вызывает сжатие ГЦК решетки. Задавая состав твердого раствора, можно изменять величину электросопротивления при комнатной температуре на 6 порядков (от 10⁵ до 10^-1 Ом·см). Измерения колоссальной магнитострикции и нейтронографические исследования указывают на важную роль спин-фононных взаимодействий в этом соединении.

   В сульфидах системы Co_ХMn_1-ХS обнаружено изменение типа проводимости с дырочного при Х≤0,3 на металлический при Х=0.4.

9. В рамках разработки альтернативных технологий создания гетероструктур для спинтроники выполняются исследования слоистых интеркалированных соединений на основе дисульфида хрома-меди CuCrS₂. Магниторезонансные (рис. 5) и структурные (рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия) исследования показали, что монокристаллы CuCrS2, выращенные методом газового транспорта при определенном режиме роста, представляют собой гетероструктуры, образованные чередующимися монокристаллическими слоями полупроводника CuCrS₂ и металлической ферромагнитной шпинели CuCr₂S₄ с толщиной шпинельных слоев значительно менее 1 мкм. Методами нейтронографической и синхротронной спектроскопии CuCrS₂ обнаружен фазовый переход в геликоидальную антиферромагнитную структуру (температура Нееля 37-40 К) с несоизмеримым вектором распространения, который сопровождается структурным переходом R3m → C8m. На основе дисульфида хрома меди синтезированы поликристаллические вещества CuCr_1-xV_xS₂ с колоссальным магнитосопротивлением.
10. С помощью эффекта Мессбауэра показано, что при внедрении Fe и Mn в оксидных стеклах формируются частицы марганцевого феррита. Прослежена эволюция магнитных свойств частиц при изменении условий синтеза стекол. Исследовано влияние условий жизнедеятельности бактерий Klebsiella Oxytoca на свойства ферритина и его минерального ядра - ферригидрита. На основе этих исследований получены магнитные наночастицы для медицинских применений в оториноларингологии. Проведена магнитотерапия открытых ран и получены обнадеживающие результаты. Проведены мессбауэровские исследования состава и структур микросфер, выделяемых из зол углей различных месторождений. Показано, что микросферы зол углей Бородинского и Тунгуйского месторождений оказываются высоко активными как катализаторы окислительной димеризации метана. Показано, что активные центры возникают в окрестности октаэдрического железа, имеющего в своем окружении две катионные вакансии в структуре шпинели.