Том 164, № 4 (2023)
Статьи
К 95-летию Людмилы Андреевны Прозоровой
Передача спинового момента и нелинейный квантовый электронный транспорт в киральных гелимагнетиках
Аннотация
Построена нелинейная теория электрического сопротивления киральных гелимагнетиков, в которых при протекании электрического тока из-за эффекта переноса спинового момента изменяется форма и возникает вращение спирали намагниченности. Показано, что при возникновении вращения спиновой спирали под действием протекающего электрического тока электросопротивление гелимагнетика будет всегда меньше сопротивления гелимагнетика, в котором спиновая спираль неподвижна. Обнаружено, что вольтамперная характеристика гелимагнетика при наличии эффекта переноса спинового момента из системы электронов проводимости в систему локализованных электронов может быть существенно нелинейной. Предсказана возможность существования в гелимагнетиках явления спиновой электрической бистабильности, когда спиновый вклад в электросопротивление гелимагнетика может принимать два разных значения при одном и том же значении протекающего через гелимагнетик тока. Продемонстрирована возможность реализации в гелимагнетиках состояний с отрицательным дифференциальным электросопротивлением. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Брэгговские резонансы в мультиферроидном кристалле с двойной нелинейностью
Аннотация
Теоретически и экспериментально выявлено влияние двойной (электрической и магнитной) нелинейности на брэгговские резонансы гибридных электромагнитных спиновых волн в мультиферроидном кристалле. Мультиферроидный кристалл состоит из слоя железо-иттриевого граната с периодической системой канавок на поверхности и сегнетоэлектрического слоя титаната бария стронция. Получено дисперсионное соотношение для гибридных волн, выявлен механизм формирования основной и гибридной запрещенных зон - полос непропускания. Показано, что учет магнитной нелинейности приводит к частотной перестройке обеих запрещенных зон, а учет электрической нелинейности - только гибридной запрещенной зоны. В общем случае действие электрической и магнитной нелинейности на гибридную запрещенную зону может быть скомпенсировано.Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Магнитостатический механизм нарушения киральной симметрии в многослойных магнитных структурах
Аннотация
Показано, что в энергии ферромагнитной пленки, расположенной на парамагнитной или сверхпроводящей подложке, появляется вклад, имеющий вид взаимодействия Дзялошинского - Мория. Этот вклад возникает в результате магнитостатического взаимодействия намагниченности ферромагнитной пленки с индуцируемыми ею намагниченностью в парамагнетике или сверхтоком в сверхпроводнике и приводит к снятию кирального вырождения, невзаимности спиновых волн и формированию киральных состояний, таких как магнитные скирмионы. Сделанные оценки указывают на возможность экспериментального наблюдения предсказанных эффектов. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Распространение лазерно-индуцированного пакета магнитостатических волн в псевдо-спиновом клапане в присутствии спиновой накачки
Аннотация
Спиновая накачка и передача углового момента, т. е. эмиссия спинового тока прецессирующей намагниченностью и обратный ей процесс поглощения, играют важную роль в процессах когерентной магнитной динамики в многослойных структурах. Для ферромагнитных слоев, разделенных немагнитной прослойкой, эти эффекты приводят к формированию динамической связи между слоями, имеющей диссипативный характер и влияющей на затухание когерентной прецессии намагниченности. Мы использовали микромагнитное моделирование для анализа влияния такой динамической связи на распространение лазерно-индуцированного пакета поверхностных магнитостатических волн (МСВ) в структуре псевдо-спинового клапана, состоящей из двух ферромагнитных металлических слоев, разделенных немагнитной металлической прослойкой. Мы рассмотрели генерацию МСВ вследствие лазерно-индуцированного нагрева, приводящего к динамическим изменениям намагниченности и магнитной анизотропии, и добавили эффект динамической связи в уравнения для микромагнитного моделирования. В результате выявлено, что такая связь при определенных условиях приводит к уменьшению пространственного затухания волнового пакета, соответствующего акустической моде МСВ, формирующейся в рассмотренной структуре. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Дисперсионное соотношение в аморфных ферромагнетиках
Аннотация
Дисперсия спиновых волн в аморфном ферромагнитном сплаве Fe48Ni34 P18 может быть описана в рамках модели ферромагнетика со случайной анизотропией: ǫ(q) = Aq2 + gµB H + δω(q), где δω(q) - линейная по |q| добавка. Мы используем метод малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов, чтобыдоказать значимость добавочного члена δω(q) в дисперсии. Измерения проводились при различных значениях внешнего магнитного поля H и длины волны нейтронов λ. Карта рассеяния нейтронов представляет собой окружность определенного радиуса с центром в точке q = 0. Жесткость спиновых волн A извлекается непосредственно из λ-зависимости радиуса этой окружности. Спин-волновая жесткость Aаморфного сплава слабо уменьшается от 140 до 110 мэВ · ˚A2 с ростом температуры в диапазоне от 50 до300 К. Полевая зависимость радиуса демонстрирует наличие добавки δω(q) в виде энергетической щели, которая практически не зависит от поля и температуры. Величина добавки равна ∆ = 0.015 ± 0.002 мэВ. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Антиферромагнитный экситонный диэлектрик
Аннотация
Для оксидов иридия при учете сильных электронных корреляций (СЭК) и спин-орбитального взаимодействия получен эффективный двухзонный гамильтониан. Внутриатомные электронные корреляции в ионах иридия индуцируют формирование фермионов Хаббарда (ФХ), заполняющих состояния валентной зоны. Другое следствие СЭК связано с возникновением по механизму Андерсона обменного взаимодействия антиферромагнитного (АФМ) типа между ФХ. В результате в системе устанавливается дальний АФМ порядок, а в условиях перекрытия зон межузельное кулоновское взаимодействие индуцирует фазовый переход в состояние экситонного диэлектрика (ЭД) с дальним АФМ порядком. Система интегральных уравнений самосогласования, решение которой определяет компоненты экситонного параметра порядка ∆ij(k), намагниченность подрешетки M , концентрацию фермионов Хаббарда nd и химпотенциал µ, получена при использовании атомного представления, метода двухвременных температурных функций Грина и техники проецирования Цванцига-Мори. Проведена симметрийная классификация фаз АФМ ЭД и показано, что в приближении ближайших соседей состояние с s-типом симметрии ∆ij (k) соответствует основному состоянию, тогда как фазы с d- и p-типом симметрии являются метастабильными. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Оптический линейный дихроизм в ab-плоскости ферробората NdFe3(BO3)4
Аннотация
Зарегистрированы спектры поглощения монокристалла NdFe3(BO3)4 при температурах 4-40 К c высоким разрешением в инфракрасной области f-f-переходов в ионе Nd3+ для света, идущего вдоль тригональной оси C3 кристалла и линейно поляризованного под разными углами к осям C2 в базисной плоскости. Ниже температуры упорядочения магнитных моментов железа в коллинеарную антиферромагнитную структуру (TN ≈ 30 К) появляется дихроизм - зависимость поглощения от поляризации. Анализ температурной и угловой зависимостей дихроизма показывает, что до температуры примерно 17 К магнитные моменты железа направлены вдоль осей C2, причем число доменов, соответствующих разным осям C2, различается. Обсуждаются механизмы возникновения линейного дихроизма. Ниже 17 К осуществляетсяплавный переход в геликоидальную магнитную фазу, но коллинеарная фаза сосуществует с геликоидальной. Наши данные противоречат выдвинутой ранее концепции флуктуирующих в интервале ±10◦ вблизи оси C2 магнитных моментов железа в низкотемпературной фазе. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Об опрокидывании подрешёток в спиральных магнетиках
Аннотация
Показано, что при переходе опрокидывания подрешёток в обменных спиральных магнетиках LiCuVO4, LiCu2O2 и CuCrO2 теряет устойчивость голдстоуновская мода. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Структурный беспорядок, теплоемкость и магнитные переходы в cu2febo5
Аннотация
Методом спонтанной кристаллизации из раствора-расплава получены монокристаллы людвигита Cu2FeBO5. С помощью рентгеновской дифракции кристаллическая структура решена в деталях. Катионы структурно-разупорядочены в позициях M2, M3 и M4. Атомы кислорода разупорядочены в одной из пяти неэквивалентных позиций (O4). Мессбауэровские исследования показали, что ионы Fe3+ занимают четыре неэквивалентные позиции, связанные с различным искажением координационных октаэдров. В интервале температур 40 К :( T :( 300 К спектры представляют собой сумму квадрупольных дублетов. Измерения статической намагниченности выявили две магнитные особенности при T1 = 35 К и T2 = 20 К и спин-стекольные эффекты. Измерения теплоемкости в интервале 4-300 К не обнаружили аномалий, связанных с магнитными переходами. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Тонкая структура мультиплетов Fe2+, магнитная анизотропия и взаимосвязь магнитных и электрических структур в Fe2Mo3O8
Аннотация
Методами операторной теории возмущений выведены эффективные гамильтонианы тонкой структуры термов Fe2+(5D) с учетом ковалентных связей ионов железа с ионами кислорода. Получены операторы энергии связи магнитных и электрических дипольных моментов с электрическим полем в пределах состояний мультиплетов Fe2+(5E) и Fe2+(5T2) с минимальными наборами параметров. Рассчитаны энергетические спектры низколежащих состояний, параметры магнитной анизотропии и распределение квадрупольных и индуцированных электрических дипольных моментов по всем позициям в элементарной ячейке. Результаты расчета сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Низкоразмерный магнетизм в намибите Cu(BiO)2VO4OH
Аннотация
Синтетический аналог редкого вторичного минерала намибита, Cu(BiO)2VO4OH, получен гидротермальным методом. В кристаллической структуре этого соединения присутствуют изолированные однородные цепочки медь-кислородных октаэдров, соединенных по вершине. Измерения магнитной восприимчивости χ и намагниченности M не дают указаний на формирование дальнего магнитного порядка в интервале температур 2-300 К. Измерения теплоемкости Cp позволяют предположить формирование спин-стекольного состояния при низких температурах. Электронный парамагнитный резонанс в Х-диапазоне регистрирует только сигнал от примеси при низких температурах. Первопринципные вычисления определяют обменное взаимодействие в цепочках J = 555 K, при том, что обменные взаимодействия между цепочками оказываются на один-два порядка меньшими. Тем самым, намибит представляет собой редкий пример неупорядоченной полуцелочисленной спиновой цепочки. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Стабилизированные полем магнитные фазы в треугольном антиферромагнетике RbFe(MoO4)2
Аннотация
Изучена магнитная фазовая H-T-диаграмма квазидвумерного легкоплоского антиферромагнетика RbFe(MoO4)2 (S = 5/2) с правильной треугольной структурой решетки методом ЯМР 87Rb в поле, направленном вдоль «трудной» оси C3. Исследования подтверждают двухступенчатый переход из низкополевой зонтичной несоизмеримой магнитной структуры в поляризованную парамагнитную, обнаруженный недавно (Mitamura et al. 2016). Переходы сопровождались лямбда-аномалиями скорости спин-решеточной релаксации и скачкообразным увеличением магнитной восприимчивости при промежуточном переходе. Исследование ЯМР 87Rb исключает возможность V- или веерной спиновых структур в новой высокополевой фазе. Дополнительный переход предположительно связан с потерей межплоскостного магнитного порядка перед переходом в парамагнитное поляризованное состояние отдельных треугольных плоскостей. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Роль вакансий в спин-жидкостной модели Яо–Ли
Аннотация
Рассмотрено влияние вакансий на низкоэнергетический спектр возбуждений квантовой спиновой жидкости, реализуемой в точнорешаемой модели Яо-Ли [H. Yao and D.-H. Lee, Phys. Rev. Lett. 107, 087205 (2011)]. Физически, вакансии могут возникнуть по различным причинам, например, вследствие отсутствия магнитных моментов на решетке, либо из-за наличия немагнитных примесей, либо из-за случайного уменьшения локальных связей магнитных моментов с остальной решеткой. Численно показано, что конечная плотность случайных вакансий в этой модели приводит к накоплению состояний вблизи нулевой энергии, что может быть обнаружено в изменении поведения теплоемкости при низких температурах. Более того, показано, что низкоэнергетические моды более локализованы, чем остальные собственные моды. Этот эффект пориллюстрирован с помощью обратного коэффициента участия (IPR). При нарушении симметрии обращения времени, например из-за присутствия магнитного поля, в фермионном спектре модели открывается щель и в ней врозникают локализованные состояния, индуцированные вакансиями. Энергии этих состояний зависят зависят от структуры взаимодействий, отвечающих за нарушение симметрии обращения времени. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Магнитный резонанс в квазидвумерном антиферромагнетике на квадратной решетке Ba2MnGe2O7
Аннотация
Представлены результаты исследования спиновой динамики в квазидвумерном антиферромагнетике на квадратной решетке Ba2MnGe2O7 при помощи методики электронного спинового резонанса как в антиферромагнитно-упорядоченной, так и в парамагнитной фазах. В упорядоченной фазе обнаружено присутствие двух щелей в спектре возбуждений, б´ольшая из которых связана с легкоплоскостной анизотропией, а меньшая указывает на присутствие анизотропии в плоскости, возможно, связанной с демонстрируемыми этим соединением свойствами мультиферроика. Обнаружено влияние сверхтонкого взаимодействия на спектры антиферромагнитного резонанса в упорядоченной фазе, эффект взаимодействия электронной и ядерной спиновых подсистем оказывается сравним с эффектом анизотропии в плоскости. Определены параметры сверхтонкого поля для Ba2MnGe2O7. В парамагнитной фазе выше температуры Нееля наблюдается сильное уширение линии магнитного резонанса, которое может быть связано с вкладом от вихрей в двумерном XY-магнетике. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Магнитные свойства двойного перовскита Sr2CrNbO6
Аннотация
Порошковое соединение типа двойной перовскит Sr2CrNbO6 было исследовано с помощью рентгеноструктурного анализа, измерений намагниченности на постоянном и переменном токах и ЭПР. Два перехода в антиферромагнитно-упорядоченные режимы наблюдались в измерениях намагниченности при T = 4.7 K и 2 K и подтверждались аппроксимацией температурной зависимости ширины линии ЭПР и данными по намагниченности при измерениях на переменном токе. Температурная зависимость магнитной восприимчивости, полученная в режиме ZFC, аппроксимировалась законом Боннера - Фишера для квазиодномерной цепочки. Аппроксимация линейной части обратной температурной зависимости магнитной восприимчивости проводилась законом Кюри - Вейсса. Из полученного значения эффективного магнитного момента µeff = 3.577µB соотношение между ионами Cr3+ и Cr4+ в образце оценивается примерно как 0.8 : 0.2. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Особенности поведения линии эпр (g ≈ 4.3) в магнитных наногранулярных композитах
Аннотация
Пленки металл-диэлектрических наногранулярных композитов MxD100-x с различным составом и процентным соотношением металлической и диэлектрической фаз (M = Fe, Co, CoFeB; D = Al2O3, SiO2, LiNbO3; x ≈ 15-70 ат. %) исследуются методом магнитного резонанса в широком диапазоне частот (f = 7-37 ГГц) и температур (T = 4.2-360 К). Помимо обычного сигнала ферромагнитного резонанса от массива наногранул, экспериментальные спектры пленок содержат дополнительный пик поглощения, который мы связываем с электронным парамагнитным резонансом (ЭПР) ионов Fe и Co, диспергированных в изолирующем пространстве между гранулами. В отличие от традиционного ЭПР ионов Fe и Co в слабо допированных немагнитных матрицах, наблюдаемый пик демонстрирует ряд необычных свойств, которые мы объясняем наличием магнитных взаимодействий между ионами и гранулами. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Магнитооптическая керр-спектроскопия нанокомпозитов
Аннотация
Магнитооптическая спектроскопия является эффективным методом изучения магнитной микроструктуры однородных и неоднородных магнетиков. Обзор посвящен анализу многочисленных факторов, влияющих на величину и спектральную зависимость магнитооптического сигнала экваториального эффекта Керра нанокомпозитов «ферромагнитный металл-диэлектрик» в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Даны примеры влияния на магнитооптический спектр концентрации металла, размера и формы наночастиц, подложки, материала диэлектрика, аморфизации гранул, способа напыления и др. Показаны различия магнитооптических спектров в суперпарамагнитном, суперферромагнитном и ферромагнитном состояниях. Отмечается, что при наличии в нанокомпозите фракций с разными полевыми зависимостями намагниченности магнитооптический сигнал не пропорционален суммарной намагниченности. Даны примеры усиления и инверсии знака магнитооптического сигнала в нанокомпозитах. Обсуждается возможность описания магнитооптических спектров с помощью методов эффективной среды: метода Бруггемана и симметризованного приближения Максвелла - Гарнетта. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой
Фононы, магноны и экситоны в нецентросимметричноммагнитоэлектрике - антиферромагнетике CuB2O4
Аннотация
В последние два десятилетия метаборат меди CuB2O4 с уникальной нецентросимметричной кристаллической структурой стал предметом активных исследований, что было связано с обнаружением в нем необычных магнитных и оптических свойств. Рассмотрены особенности распространения и поглощения света в CuB2O4 на основе решения уравнений Максвелла. Представлен обзор основных результатов по исследованию фононного спектра с применением методов инфракрасной спектроскопии и комбинационного рассеяния света. Исследования в области электронных переходов в ионах Cu2+ в кристаллическом поле позволили провести разделения вкладов в оптическое поглощение от ионов меди в неэквивалентных позициях. Обнаружено расщепление бесфононных линий поглощения в магнитном поле, и эти результаты получили теоретическое объяснение в рамках экситонной модели. В спектрах фотолюминесценции наблюдалась богатая структура экситон-магнонных состояний. Проведено спектроскопическое исследование второй оптической гармоники в области экситонных переходов, что позволило выявить роль тороидного момента и резонанса Фано в наблюдаемые сигналы. Статья для специального выпуска ЖЭТФ, посвященного 95-летию Л. А. Прозоровой