Теоретическое и экспериментальное исследование магнитных, электронных и оптических свойств функциональных соединений силицидов переходных металлов

Развит подход самосогласованного отображения первопринципных DFT-расчетов на многоорбитальную p-d-модель, содержащую одноузельные взаимодействия, межузельный обмен и p-d-, p-p- и d-d-перескоки. Подобный подход предложен впервые и не имеет аналогов в литературе. В рамках данного подхода проведено исследование влияния роли локального окружения на формирование магнитных моментов в силицидах железа и марганца Fe₃Si, α-FeSi₂, Mn₃Si и MnSi, экспериментально синтезированных с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Определено, что ключевую роль в возникновении магнитных моментов на атомах железа и марганца в силицидах Fe₃Si, MnSi и α-FeSi₂ играет не первое, а второе окружение атомов железа. В силициде марганца Mn₃Si основной вклад в формирование ферримагнитной магнитной структуры вносят перескоки между атомами марганца как в первой, так и во второй координационных сферах. Ab initio расчет магнитных свойств сплавов Mn₁₋ₓSIₓ, основанный на выводах модельного расчета, показал, что увеличение концентрации кремния в Mn₃Si может привести к переходу от ферримагнитного состояния в ферромагнитное. Исследован механизм возникновения спин-кроссовера в Fe₃Si, предсказано появление второго спин-кроссовера при высоких давлениях. Предсказаны условия возникновения, предложен альтернативный вариант объяснения экспериментально наблюдаемого ферромагнитного состояния в тонких пленках α-FeSi₂, а именно: увеличение концентрации кремния может вести к возникновению ферромагнетизма. Выявлено, что в обогащенных железом твердых растворах α-FexSi₂₋ₓ в зависимости от пространственного расположения и числа атомов железа, замещающих атомы кремния, могут возникать различные магнитные фазы. Исследованы области стабильности ферромагнитного и ферримагнитного состояния в α-FeSi₂ и его твердых растворах, обогащенных железом или кремнием, и показано, что определяющим фактором в возникновении тех или иных магнитных фаз является пространственное расположение и число пар Fe-Fe во второй координационной сфере. Выявлены причины критического влияния второго окружения на магнитные свойства силицидов, даны рекомендации по целенаправленному экспериментальному получению заданных свойств. Проведен экспериментальный синтез пленок твердых растворов FeₓSi₁₋ₓ, исследованы их оптические и магнитные свойства, для концентрации x = 0,75 проведено сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими расчетами в рамках метода когерентного потенциала (CPA). Изучено влияние интекалирования на магнитные свойства α-FeSi₂, получено, что атомы Li, P, Sb, O и Na являются наилучшими кандидатами для возникновения ферромагнетизма в немагнитном α-FeSi₂ при интеркалировании.