Исследование взаимосвязи 3d и 4f магнитных подсистем в сильно-коррелированных оксидах с использованием XAS и XMCD

Проект посвящен экспериментальному исследованию 3d и 4f магнитных подсистем и их взаимосвязи в сильно-коррелированных электронных системах. В качестве объектов выбраны тригональные редкоземельные бораты Nd1-xHoxFe3(BO3)4, Nd1-xHoxAl3(BO3)4 (x=0.0, 0.5, 1.0) и перовскитоподобные кобальтиты ReCoO3 (Re=Gd, Sm, Pr, …). Несмотря на разные магнитные и электронные свойства, эти материалы демонстрируют сильную взаимосвязь двух подсистем: 3d (Fe, Co) и 4f (Ho, Nd, Gd, Sm..). Так, для ферроборатов установлена их принадлежность к мультиферроикам. Максимальная величина поляризации в замещенном ферроборате Nd0.5Ho0.5Fe3(BO3)4 превышает подобные значения в исходных соединениях HoFe3(BO3)4 NdFe3(BO3)4. Бораты с одной магнитной подсистемой –алюмобораты (HoAl3(BO3)4 Ho0.5Nd0.5Al3(BO3)4) демонстрируют гигантские значения магнитоэлектрической поляризации, ?Р=-5240 мкК/м2 для х=0.0. В этой связи представляет особый интерес исследование взаимосвязи магнитных и электронных подсистем и их влияние на магнитоэлектрические эффекты в ферро- и алюмоборатах. Редкоземельные кобальтиты являются объектами многолетнего неослабевающего интереса благодаря наличию в них различных степеней свободы: зарядовых, орбитальных, спиновых. Известно, что основное влияние редкоземельной подсистемы на спиновое состояние ионов кобальта сводится к увеличению спиновой щели, что экспериментально проявляется как смещение спинового и электронного переходов в область высоких температур. Отличительной особенностью изучаемых соединений является наличие двух и более магнитных ионов. Поэтому, в качестве основных методов будут использованы элементно-селективные методики: XANES, EXAFS и XMCD. Измерения планируется провести в широком температурном интервале (2-300 K) и на различных краях поглощения: K-край (Co, Fe) и L-край (Nd, Ho, Gd, Sm…). Использование XANES/EXAFS спектроскопии даст информацию о валентном состоянии и симметрии локального окружения поглощающего атома. Будет проведено изучение влияния эффектов гибридизации ТМ (3d) – Rе (5d) и 3d-4f обменного взаимодействия на установление спинового состояния. Комплексное исследование XANES спектров и элементно-селективных кривых намагничивания позволит проследить появление температурно-индуцированного спинового перехода в кобальтитах. Измерение XANES/EXAFS спектров будут поведены в НИЦ «Курчатовский Институт», станция структурного материаловедения. Измерения XMCD спектров на K- и L3,2-краях ПМ и РЗМ металлов будут выполнены как в области жесткого рентгеновского излучения (станция ID12, ESRF, Гренобль). Комплекс полученных результатов позволит определить роль магнитных и электронных подсистем в появлении магнитоэлектрических эффектов в боратах и установлении спиновых кроссоверов в кобальтитах. Анализ экспериментальных данных будет дополнен ab-initio расчетами спектров поглощения рентгеновского излучения (FDMNES, DFT в приближении PBE).