8.3.22-26. Электрические и магнитные явления в низкоразмерных и фрустрированных антиферромагнетиках, слоистых структурах и магнитных пленках, нанокомпозитах, СИН наноструктурах.

РЕФЕРАТ Отчет: страниц 50 , источники - 22 Ключевые слова: МАГНИТНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ, АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ, КВАНТОВАЯ СПИНОВАЯ ЖИДКОСТЬ, МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ, НИЗКОРАЗМЕРНЫЕ МАГНЕТИКИ, МАГНИТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ. МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, ФРУСТРИРОВАННЫЕ МАГНЕТИКИ, НАНОГРАНУЛЯРНЫЕ КОМПОЗИТЫ, ПОВЕРХНОСТЬ ЖИДКОСТИ, ГРАНИЦА ЖИДКОСТЬ - ЖИДКОСТЬ, РЕНТГЕНОВСКОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ РАССЕЯНИЕ, ТОНКИЕ ПЛЕНКИ, АДСОРБЦИЯ, КАПИЛЛЯРНО-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ, ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ МОНОСЛОЯ, СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ, ТУННЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ, СУБМИЛЛИМЕТРОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, НИЗКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, СУБТЕРАГЕРЦОВАЯ АСТРОНОМИЯ. Объектами нашего исследования являются диэлектрические кристаллы с магнитными ионами, расположенными в узлах решеток с фрустрацией антиферромагнитного обмена, с квазиодномерными системами обменных связей и конкурирующими взаимодействиями, а также пленки из металл-диэлектрических нанокомпозитов, адсорбционная пленка на планарной границе масло – вода, фосфолипидная адсорбционная пленка на планарной границе вода – воздух, плоскостные микро- и нано туннельные структуры типа сверхпроводник – изолятор – нормальный металл – изолятор – сверхпроводник (СИНИС) и другие тестовые структуры. Цель работы состоит: во-первых, изучить различные причины возникновения фрустрации, в частности: особенности геометрии решётки кристалла (Er2Ti2O7, RbFe(MoO4)2), случайное распределение магнитных ионов по кристаллографическим позициям (LiCu3O3), случайная компенсация взаимодействий разной природы (LiGdF4). Во-вторых, изучить динамические свойства магнитных пленок и нанокомпозитов, которые относятся к ферромагнитным объектам и проявляют необычные свойства. Эти системы интересны в силу их практических применений. С точки зрения фундаментальной физики магнитные наночастицы можно рассматривать как промежуточное звено между парамагнитными (ПМ) ионами и макроскопическими ферромагнетиками. В частности, ансамбли таких частиц проявляют так называемые «суперпарамагнитные» свойства, а магнитная динамика индивидуальных наночастиц в ряде случаев допускает описание как в рамках классического, так и квантового подходов. В-третьих, систематизировать данные измерений межфазного натяжения и рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного излучения в окрестности термотропного фазового перехода твердое тело - жидкость в растворимой адсорбционной пленке триаконтановой кислоты на границе н-гексан - вода. В-четвертых, методами рентгеновского рассеяния исследовать термотропное поведение структуры мультислоя димиристойл-фосфатидилсерина на поверхности раствора коллоидного кремнезема с диаметром частиц 5 нм, в области фазового перехода плавления углеводородных цепей. Наконец, в-пятых, цель состоит в изучение процессов протекания туннельного тока при низких температурах при воздействии магнитного поля и высокочастотного облучения, приводящего к изменению распределения электронов проводимости нормального металла и, тем самым, изменению вольт-амперных характеристик СИНИС структур. Полученные результаты работы за 2024 год: 1. В области исследования специальных типов квантовых спиновых цепочек изучен спектр магнитных возбуждений в цепочечном соединении Cs2CoCl4, в котором реализуются цепочки спинов S=1/2 с сильной эффективной анизотропией обменного взаимодействия. Обнаружен существенный сдвиг частот магнитного резонанса в области температур значительно выше температуры упорядочения, при установлении внутрицепочечных корреляций. Показано, что при этом в широкой области температур от 0.2 до 2 К реализуется спектр изолированных цепочек спинов S=1/2 с анизотропией XXZ-типа, в соответствии с которым сигнал магнитного резонанса наблюдается на нижней границе двух-спинонного континуума в области малых волновых векторов. Результат опубликован. 2. Подробно исследован низкочастотный спектр магнитного резонанса в антиферромагнетике на пирохлорной решетке Er2Ti2O7. С высокой точностью определена величина щели в спектре, а также ее температурная зависимость в упорядоченной фазе данной системы. Изучена эволюция щели в магнитном поле, приложенном в различных кристаллографических направлениях. Полученные данные будут использованы для проверки теоретической гипотезы флуктуационно-стабилизированного упорядочения (эффекта ``порядок из беспорядка’’). 3. Проведена разработка сверхнизкотемпературного устройства для вращения образца в спектрометре магнитного резонанса на температуру 0.4 К, которое пущено в работу. Результат опубликован. 4. Проведено измерение спектров магнитного резонанса в квазидвумерном магнетике со случайным заполнением позиций магнитными ионами LiCu3O3. Обнаружен квазипарамагнитный сигнал магнитного резонанса, который мы относим к кластерам протяженностью около 10 межатомных расстояний, формирующимся в плоскостях с малой концентрацией магнитных ионов меди. 5. Обнаружен и объяснен сигнал ферромагнитного резонанса с аномальным значением g-фактора в композитной наногранулированной пленке 6. Систематизированы данные измерений межфазного натяжения и рентгеновского рассеяния с использованием синхротронного излучения в окрестности термотропного фазового перехода твердое тело - жидкость в растворимой адсорбционной пленке триаконтановой кислоты на границе н-гексан - вода. С повышением температуры перестройка структуры пленки, толщиной от 200 до 400 Å, происходит в два этапа. Сперва при температуре Tc резко плавиться твердый монослой Гиббса (площадь на молекулу (A =18.8  0.5 Å2), а последующее уменьшение толщины пленки до величины 36  3 Å в один жидкий монослой (A =23  1 Å2) происходит в широком температурном интервале > 20 К. Наблюдаемая в твердой фазе монослоя избыточная электронная концентрация, по-нашему мнению, связана с присоединением ионов электролита и молекул воды к полярной группе липида. Согласно экспериментальным данным температура перехода Tc, энтальпия перехода и структура адсорбционной пленки карбоновой кислоты зависит от состава фонового электролита в водной субфазе. 7. Методами рентгеновской рефлектометрии и скользящей дифракции на энергии фотонов 71 кэВ исследована динамика структуры мультислоя димиристойл-фосфатидилсерина на поверхности раствора коллоидного кремнезема с диаметром частиц 5 нм, в области фазового перехода плавления. Совместный модельный и безмодельный анализ данных рефлектометрии выявил структуру, состоящую из липидного монослоя на поверхности и набора ламеллярных бислоев, зажатых между слоями воды, с периодом ~ 150 Å. При повышении температуры выше критической наблюдается переход поверхностного монослоя из кристаллической фазы с минимальной площадью на молекулу липида (40 ± 1) Å2 в неупорядоченную (жидкую) фазу с расчетной площадью на молекулу (52 ± 2) Å2. В низкотемпературной фазе как в монослое, так и в бислойных структурах с PS-фрагментом липида плотно связаны от 5 до 8 молекул H2O; однако выше температуры плавления с головными группами бислоя ассоциированы около 14 молекул воды. 8. Проведено исследование влияния магнитного поля на СИНИС структуры при их охлаждении до температуры порядка 0.1К. Проведено исследование работы и оптимизация параметров изготовленного криостата растворения с использованием автономного рефрижератора Гиффода — Мак Магона, предназначенного для охлаждения приемников излучения для астрономических исследований в миллиметрововом диапазоне длин волн. Область применения полученных результатов: Во-первых, результаты представляют фундаментальный интерес для физики низкоразмерных и фрустрированных магнетиков и метаматериалов, в частности, низкоразмерных мультиферроиков, квантовых спиновых жидкостей, гранулированных магнитных сред. Во-вторых, результаты исследования термотропного поведения структуры адсорбционных слоев имеют непосредственное отношение к промышленным технологиям с применением поверхностно-активных веществ, например, добычи цветных металлов, нефтехимии, биомедицинским приложениям и технологиям микрокапсулирования лекарственных форм для их направленной доставки. В-третьих, полученные результаты позволяют продвинуться в сторону оптимизации приемников излучения с энергией квантов много большей температуры туннельных СИН. С практической точки зрения они представляют интерес для создания приемной аппаратуры в рамках импортозамещения.