Отчет о научно-исследовательской работе«Магниторезистивный эффект и спиновая динамика в нанонеоднородныхмагнитных материалах» (прмежуточный, этап 2) РНФ 17-12-01426

Результаты исследований теплоемкости, намагниченности и магнетосопротивления монокристаллов CexLa1-xB6 с 0<x<=1 позволили построить магнитные Н-Т-х фазовые диаграммы гексаборидов. Показано, что при низких температурах в парамагнитной фазе CexLa1-xB6 наряду с зеемановским вкладом в теплоемкость необходимо учитывать вклад от магнитных кластеров наноразмера, сформированных ионами Се, причем эта компонента магнитной теплоемкости не зависит от Н. В парамагнитной фазе CexLa1-xB6 вместо кюри-вейссовской зависимости магнитной восприимчивости для всех х наблюдается степенная зависимость от температуры с показателем а=0,75 - 0, 84, отвечающая магнитному отклику фазы Гриффитса. По результатам измерений угловых зависимостей магнетосопротивления (МС) в CexLa1-xB6 впервые построены угловые магнитные фазовые Н-φ-Т0 диаграммы в АФ фазе. Показано, что сильная анизотропия фазовых границ связана с электронным нематическим эффектом и приводит к анизотропии МС. Предложено объяснение анизотропии в терминах формирования динамических зарядовых страйпов, уширенных за счет локальных 4f - 5d-флюктуаций. Страйпы являются следствием динамического эффекта Яна - Теллера (ЯТ) на кластерах В6, причем коллективные ЯТ моды борной подрешетки приводят к колебаниям тяжелых ионов Се в полостях В24 борного каркаса и вызывают модуляцию зоны проводимости за счет изменения 5d - 2p гибридизации зонных состояний. В результате измерений угловых, полевых и температурных зависимостей сопротивления HoxLu1-xB12 и Tm1-xYbxB12 построены 3D-диаграммы рассеяния носителей заряда и угловые магнитные Н-φ-Т0-фазовые диаграммы. Сравнение между собой додекаборидов со стабильной 4f-оболочкой (HoxLu1-xB12 и TmB12) с соединениями с нестабильной электронной конфигурацией иттербия (Tm1-xYbxB12 с х>0,02) позволяет сделать следующие выводы. Для HoxLu1-xB12 и TmB12 формирование зарядовых страйпов происходит вдоль направления <110> и перенормирует магнитные взаимодействия за счет уменьшения доли равновесных зонных носителей, изменяя параметры РККИ обмена. В парамагнитной фазе анизотропия зарядового транспорта обусловлена филаментарной структурой страйпов и определяет анизотропию фазовых границ и рассеяния носителей в АФ состоянии. Анизотропия в форме «мальтийского креста», выделяющая направление магнитного поля Н//[110] вдоль страйпов и Н//[001] перпендикулярно страйпам, нарушается в додекаборидах Tm1-xYbxB12 с x(Yb)>0.02, для которых направление страйпов в P-фазе меняется c [110] на [001] и возникает анизотропия AF-P границы. Измерены панорамные спектры оптической проводимости и диэлектрической проницаемости YbB12 для двух поляризаций Е//вдоль и Еt поперек оси [0 -1 1]. Обнаружена тонкая структура гибридизационной щели, проявляющаяся для обеих поляризаций в виде пороговой особенности на частотах 150 - 180 см⁻¹. Основным результатом является обнаружение на энергиях ~6 - 8 мэВ многочастичных состояний в щели возбуждения около 70 см⁻¹ в поперечной поляризации Еt[1 -1 0], которое отсутствует в продольной поляризации. Прецизионные исследования особенностей кристаллической структуры при комнатной температуре позволили установить, что в ряду Tm1-xYbxB12 при переходе металл - изолятор с ростом х значительно возрастают амплитуды атомных смещений в борной (в 2 раза) и редкоземельной (в 6 раз) подрешетках, свидетельствуя о развитии при этом переходе неустойчивости электронной конфигурации ионов иттербия. Вблизи квантовой критической точки xc≈0,25 уже при комнатной температуре обнаружены значительные аномалии структурных характеристик в исследуемых додекаборидах. В кристалле Tm0,19Yb0,81B12 комплексные исследования структуры, оптической проводимости и характеристик зарядового транспорта позволили обнаружить динамические зарядовые страйпы и определить характерные частоты этих колебаний заряда (~240 ГГц). Рентгеноструктурное исследование YbB12 (узкозонный полупроводник) в диапазоне 85 - 293K обнаружило резкое уменьшение параметров элементарной ячейки в интервале температур 120 - 140K. Показано, что аномалия вызвана сближением катионов и анионов и изотропным сжатием кубооктаэдров В12 и сопровождается заметным увеличением атомных смещений бора. Синтезы электронной плотности показали разупорядочение позиции катиона и наличие двухъямного потенциала в окрестности Yb, свидетельствующего о формировании динамических димеров Yb. Методом неупругого рассеяния нейтронов выполнены исследования спектра магнитных возбуждений для додекаборидов эрбия Er11B12 и тулия Tm11B12 при температурах в интервале 5 - 300 К. Полученные результаты позволяют надежно установить схему расщепления в кристаллическом электрическом поле (КЭП) 4f -состояний ионов Tm³⁺ и Er³⁺ и определить параметры КЭП модели.