Регистрация / Вход
Прислать материал

Связь структурных и магнитных свойств кристаллов без центра инверсии типа B20, синтезированных под высоким давлением.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
кристаллы без центра инверсии, абсолютная структура, киральная магнитная структура.

Цель проекта:
Цель выполнения научных исследований состоит в установлении и определении характера связи между структурными и магнитными свойствами кристаллов без центра инверсии методами рассеяния синхротронного излучения и нейтронов. Проект выполняется на базе Европейского центра синхротронного излучения, который располагает самыми современными методами исследования для получения уникальной информации об объектах различной природы. Вступление России в эту международную организацию существенно расширяет возможности российских ученых. Для успешной работы такого сложного исследовательского комплекса, как синхротрон, необходима подготовка высококвалифицированного персонала, молодых ученых, которые должны стать экспертами в различных областях синхротронных исследований. Санкт-Петербургский государственный университет создал образовательный профиль «Нейтронная и Синхротронная физика», что приведет к формированию группы исследователей, способных работать на синхротронных источниках. Проект способствует расширению круга российских исследователей, осуществляющих эксперименты на оборудовании синхротронов третьего поколения.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта планируется
1) осуществить синтез образцов соединений с симметрией типа B20 моногерманидов и моносилицидов переходных металлов,
2) провести аттестацию магнитных свойств полученных образцов,
3) провести эксперименты по определению структуры и постоянной решетки кристаллов, в зависимости от таких параметров, как температура или концентрация твердого раствора,
4) провести эксперименты по определению наноструктуры кристаллов синтезированных под высоким давлением,
5) выполнить эксперименты по определению структурной киральности соединений моносилицидов переходных металлов в зависимости от концентрации методом монокристальной дифракции синхротронного излучения,
6) выполнить эксперименты по определению магнитной киральности соединений моносилицидов переходных металлов методом малоугловой дифракции поляризованных нейтронов,
7) проведести ab initio расчеты распределения неколлинеарного магнитного момента в элементарной ячейке структуры типа B20 для моногерманидов переходных металлов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Для выполнения исследований использовано научное оборудование и установки Европейского центра синхротронных исследований ESRF и в частности таких станций как Швейцарско-Норвежские линии SNBL (BM01) и Линия ESRF ID11. На нейтронных установках SANS1 центра MLZ в Мюнхене и установке D33 центра ИЛЛ в Гренобле проведены эксперименты по исследованию магнитной струткры и наноструктры синтезированныых образцов с проведением аппроксимации полученных данных.
Поставленные в проекте задачи полностью выполнены. Работа выполнена в срок в строгом соответствии с календарным планом и техническим заданием. Работы выполнены на высоком мировом уровне, что обусловлено используемыми методиками и постоянными взаимными консультациями между российским и иностранным партнерами.
Для выполнения исследований привлечены молодые ученые, преподаватели, специалисты, аспиранты и студенты Санкт-Петербургского Государственного Университета кафедры Ядерно-физических методов исследования, работающие по профилю нейтронная и синхротронная физика. Выполнение совместного проекта на базе Европейского центра синхротронных исследований обеспечило беспрепятственный доступ к современному исследовательскому оборудованию на базе синхротрона третьего поколения и возможностям комплексного изучения вновь синтезируемых образцов на нескольких установках ESRF. Организация стажировок специалистов и молодых сотрудников в ESRF дала возможность сформировать и обучить команду исследователей, способных решать задачи высокого уровня с использованием методов синхротронного рассеяния. Объединение усилий разных специалистов, обладающих навыками синтеза кристаллов, постановки сложных синхротронных и нейтронных экспериментов, обработки экспериментальных данных, теоретического моделирования и осмысления полученных результатов, привело к решению поставленной задачи – установлению связи структурных и магнитных свойств кристаллов без центра инверсии типа B20. Полученные результаты являются конкурентоспособными а иногда и превосходят аналогичные разработки мирового уровня.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Ожидаемые результаты несомненно будут востребованы в такой области как магнетизм киральных кристаллических систем. Эти системы предполагается использовать в такой новой области знания и промышленных технологий как спинтроника, предлагаемое исследование является необходимым этапом на пути к управлению магнитной киральностью спинтронных устройств.
С точки зрения методологии синхротронного экспериментов, мы предлагаем разработать и экспериментально продемонстрировать подход, в котором планируем пространственно сопоставить структурную хиральность поликристаллических материалов, используя микро-пучки с постановкой экспериментов по высокоэнергетичной резонансной дифракции на линии ESRF ID11. Подход впоследствии может быть использован для визуализации распределения киральности в материалах с конкурирующим взаимодействием Дзялошинского-Мория, для аттестации прототипов устройств спинтроники.

Текущие результаты проекта:
Синтезированы образцы моногерманидов переходных металлов Mn1-xFexGe Mn1-xCoxGe и Mn1-xRhxGe под высоким давлением.
Методом порошковой дифракции синхротронного излучения исследована и описана кристаллическая структура двух серий образцов моногерманидов переходных металлов Mn1-xCoxGe и Mn1-xRhxGe в широком температурном диапазоне. Показано наличие аномального отклика решетки на сложный сценарии магнитного упорядочения в MnGe. Нефононный вклад в тепловое расширение и в теплоемкость сохраняется вплоть до высоких температур порядка 300 K, в то время как механизм меняется при температуре магнитного фазового перехода 180 K. Магнитный вклад в теплоемкость и тепловое расширение, т.е. магнитно-объемный эффект оказался значительным. Магнитно-объемного эффекта не обнаружено для соединений с большой концентрацией Co (x > 0.5), что хорошо согласуется с данными магнитной восприимчивости и малоуглового рассеяния нейтронов, также демонстрирующим отсутствие магнитного упорядочения для больших концентраций Co.
Определен энантиомерный избыток в структуре поликристаллитов моногерманидов переходных металлов методом дифракции синхротронного излучения с микрофокусировкой.
Методом малоуглового рассеяния нейтронного излучения исследована наноструктура двух серий образцов моногерманидов переходных металлов Mn1-xCoxGe, Mn1-xRhxGe в широком диапазоне переданных импульсов. Наноструктура образцов характеризуется наличием дефектов с пространственной организацией, описываемой фрактальной моделью с логарифмической зависимостью плотности дефектов от расстояния.
Синтезированы образцы соединения (Fe1-xCox)1-yMnySi с x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 и y = 0, 0.05, 0.1, 0.2. Показано, что магнитная структура представляет собой спираль с периодом порядка 300 -500 Ангстрем. При этом спиновоя киральность всех образцов γm = -1 оказалась противоположно направленной их кристаллографической киральности ΓС = +1. В недопированных Mn соединениях (y = 0) знак магнитной киральности меняется с концентрацией при xC = 0.65.
C использованием пакета QUANTUMESPRESSO проведен ab-initio расчет распределения неколлинеарного магнитного момента в элементарной ячейке структуры типа B20 моногерманидов MnGe, FeGe, CoGe, RhGe.